İkisi arasındaki yerçekimsel etkileşimin kuvveti. Güçlü yerçekimi alanları

 21.1. Kanun evrensel yerçekimi Newton
  Yerçekimi etkileşimleri tüm maddi cisimlerin doğasında vardır (Şekil 111).

Pirinç. 111
  I. Newton tarafından keşfedilen ve 1687'de yayınlanan bu kuvvetleri açıklayan yasaya evrensel çekim yasası adı verildi: iki maddi noktalar bu noktaların kütlelerinin çarpımıyla orantılı, noktalar arasındaki mesafenin karesiyle ters orantılı ve bu noktaları birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirilen kuvvetlerle çekilir:

  Güç olduğundan vektör miktarı O halde çekim kuvvetini belirleyen formüle vektörel form verilmelidir.
  Bunu yapmak için vektörü tanıtıyoruz r 12, noktaları birleştirmek 1 Ve 2 (Şekil 112).

pirinç. 112
Daha sonra ikinci cisme etki eden çekim kuvveti şu şekilde yazılabilir:

  Formül (1), (2)'de orantı katsayısı b'ye yerçekimi sabiti denir. Bu miktarın değeri başkalarından bulunamaz fiziksel yasalar ve deneysel olarak belirlendi. Sayısal değer Yerçekimi sabiti birim sisteminin seçimine bağlıdır, dolayısıyla SI'da şuna eşittir:

  Yerçekimi sabiti ilk kez İngiliz fizikçi Henry Cavendish tarafından deneysel olarak ölçüldü. 1798'de bir burulma terazisi oluşturdu ve bunu iki küre arasındaki çekim kuvvetini ölçmek için kullanarak evrensel çekim yasasını doğruladı; yerçekimi sabitini, kütleyi ve ortalama yoğunluk Toprak.
  Yerçekimi etkileşiminin doğası sorunu son derece karmaşıktır. I. Newton'un kendisi bu soruya kısa ve öz bir cevap verdi: "Ben hipotezler icat etmiyorum", böylece bu konuyu tartışmayı bile reddetti. Evrensel çekim yasasının geçerli olması yeterlidir yüksek derece Yerçekimi etkileşimini niceliksel olarak doğru bir şekilde tanımlar. Muazzam başarılar Newton mekaniği neredeyse iki yüzyıl boyunca herkese benzer bir yaklaşım önceden belirlendi fizik bilimi sadece mekanik değil: doğru şekilde tanımlayan yasaları keşfetmek, bulmak yeterlidir. fiziksel olaylar ve bunları uygulamayı öğrenin niceliksel açıklama bu fenomenler.
  Böylece, yerçekimi çalışmasında, bir cismin diğerini anlaşılmaz bir şekilde etkileyebileceğine ve bu etkinin anında iletildiğine, yani cisimlerden birinin konumundaki değişikliğin diğer cisimlere etki eden kuvvetleri anında değiştirdiğine inanılıyordu. bu cisimlerin bulunduğu mesafe ne olursa olsun. Bu genel yaklaşım karaktere fiziksel etkileşimler uzun menzilli eylem teorisi denir. Bedenlerin etkileşimlerine ilişkin benzer bir görüş, elektriksel ve manyetik olaylarÇalışması 18. - 19. yüzyıllarda aktif olarak yürütülmüştür. Sadece 30'lu yaşlarda yıl XIX yüzyıl İngiliz fizikçi M. Faraday elektromanyetik etkileşimler ana hükümler formüle edildi alternatif teori kısa menzilli etkileşim: etkileşimi iletmek için, bu etkileşimleri ileten belirli bir ortam olan bir "aracı" gereklidir; etkileşimlerin kendileri anında iletilemez, belirli zaman cisimlerden birinin konumundaki değişikliğin etkileşim halindeki diğer cisimler tarafından "hissedilmesi" için. 20. yüzyılın başında Alman fizikçi A. Einstein yeni bir yerçekimi teorisi geliştirdi - genel görelilik teorisi. Bu teori çerçevesinde yerçekimsel etkileşimler açıklanmaktadır. aşağıdaki gibi: Kütleli her cisim kendi etrafındaki uzay-zamanın özelliklerini değiştirir (yerçekimi alanı yaratır), diğer cisimler ise bu değişen uzay-zamanda (yerçekimi alanında) hareket eder, bu da gözlemlenebilir kuvvetlerin, ivmenin ortaya çıkmasına neden olur, vb. Bu açıdan bakıldığında “yerçekimi alanındadır” ifadesi “yerçekimi kuvvetleri etki eder” ifadesine eşdeğerdir.
  Bu sorulara daha sonra elektromanyetik alanı incelerken döneceğiz.
  Yerçekimi olgusunun en dikkat çekici yanı, yer çekimi kuvvetlerinin cisimlerin kütleleriyle orantılı olmasıdır. Aslında daha önce kütlenin bir cismin eylemsizliğinin bir ölçüsü olduğundan bahsetmiştik. Kütlenin aynı zamanda maddi cisimlerin temelde farklı bir özelliğini de belirlediği ortaya çıktı - bu, yerçekimi etkileşimlerine katılma yeteneğinin bir ölçüsüdür. Bu nedenle iki kütleden bahsedebiliriz - atalet ve yerçekimi. Evrensel çekim yasası bu kütlelerin birbirleriyle orantılı olduğunu belirtir. Bu ifade uzun zamandır doğrulandı bilinen gerçek: Bütün cisimler aynı ivmeyle yere düşer. Denendi yüksek doğruluk Yerçekimi ve eylemsizlik kütlelerinin orantılılığı Macar fizikçi Lorand Eotvos'un çalışmalarında doğrulandı. Daha sonra eylemsizlik ve yerçekimi kütlelerinin orantılılığı temeli oluşturdu yeni teori yerçekimi – genel teori A. Einstein'ın göreliliği.
  Sonuç olarak, evrensel çekim yasasının kütle birimini (tabii ki yerçekimi) belirlemede temel olarak kullanılabileceğini not ediyoruz. Örneğin: bir birimin iki nokta gövdesi yerçekimi kütlesi Bir metre uzaklıkta bulunanlar bir kuvvetle çekiliyor N.

 için atama bağımsız çalışma : belirli bir mesafede bulunan iki nokta cismin kütlelerini belirleyin 1,0 m birbirinden ve kuvvetle etkileşime giren 1,0 N.

Yerçekimi kuvvetleri için süperpozisyon ilkesi geçerlidir: diğer birkaç cisimden bir nokta cisme etki eden kuvvet, her bir cisimden etkiyen kuvvetlerin toplamına eşittir. Bu ifade aynı zamanda deneysel verilerin bir genellemesidir ve yerçekimi etkileşimlerinin temel bir özelliğidir.
  Süperpozisyon ilkesine matematiksel açıdan bakalım: evrensel çekim yasasına göre, çekimsel etkileşimin kuvveti bu cisimlerin kütlesiyle orantılıdır. Eğer kütlelere bağımlılık doğrusal olmasaydı süperpozisyon ilkesi geçerli olmazdı. Gerçekten de, bir kütle cismi olsun ay kütleli iki nokta cisimle etkileşime girer m 1 Ve m2. Cesetleri zihinsel olarak yerleştirelim m 1 Ve m2 bir noktaya kadar (o zaman tek vücut olarak kabul edilebilirler). Bu durumda cisme etki eden kuvvet ay, şuna eşittir:

iki cismin bir kısmına etki eden kuvvetlerin toplamı olarak sunulur - m 1 Ve m2.
  Kuvvet ve kütle arasında doğrusal olmayan bir ilişki olması durumunda süperpozisyon ilkesi geçerli olmayacaktır.
Nokta cisimler için evrensel çekim yasası ve süperpozisyon ilkesi, prensip olarak sonlu büyüklükteki cisimler arasındaki etkileşim kuvvetlerini hesaplamayı mümkün kılar (Şekil 113).

pirinç. 113
  Bunu yapmak için, bedenlerin her birini zihinsel olarak her biri maddi bir nokta olarak değerlendirilebilecek küçük bölümlere ayırmak gerekir. Daha sonra tüm nokta çiftleri arasındaki etkileşim kuvvetlerinin çift toplamını hesaplayın. İÇİNDE genel durum böyle bir toplamın hesaplanması karmaşık bir matematik problemidir.
  Sonlu büyüklükteki cisimler arasındaki etkileşim kuvvetinin yalnızca cisimleri parçalama ve ardından toplama yöntemiyle hesaplandığını vurguluyoruz. Cisimler arasındaki etkileşim kuvvetinin etkileşim kuvveti olarak hesaplanabileceğini söylemek yanlıştır, güce eşit Kütle merkezlerinde bulunan nokta cisimlerin etkileşimleri. Bu ifadeyi doğrulamak için basit bir örnek düşünün.
  Etkileşen cisimlerden birinin maddi bir kütle noktası olarak kabul edilmesine izin verin ay ve ikinci gövde iki maddi nokta olarak temsil edilebilir eşit kütleler M, birbirinden sabit bir mesafede bulunur (Şek. 114).

pirinç. 114
  Tüm maddi noktalar aynı düz çizgi üzerinde bulunur; birinci gövdeden ikincinin merkezine olan mesafe şu şekilde gösterilir: R. Bir cisme etki eden çekim kuvveti ay, şuna eşittir:

  İkinci cismi oluşturan maddi noktaları tek bir kütlede birleştirirsek 2m vücudun merkezinde yer alırsa, etkileşim kuvveti şuna eşit olacaktır:

bu ifade (3)'ten farklıdır. Sadece ne zaman r >> bir ifade (3) formül (2)'ye girer. Bu durumda ikinci gövdenin maddi bir nokta olarak değerlendirilmesi gerektiğini unutmayın.

Sokol-Kutilovsky O.L.

Yerçekimi etkileşiminin kuvvetleri hakkında

Herhangi bir üniversitenin fizik veya mekanik-matematik bölümlerindeki herhangi bir öğrenciye veya profesöre, bilinen tüm kuvvet etkileşimleri arasında en çok çalışılan yer çekimi etkileşimi kuvvetleri hakkında soru sorarsanız, yapabilecekleri tek şey Newton kuvveti ve kuvvet için formüller yazmaktır. Anlaşılmaz Coriolis kuvvetini ve bazı gizemli jiroskopik kuvvetlerin varlığını hatırlayacaklar. Ve tüm bunlar, tüm yerçekimi kuvvetlerinin ondan elde edilebilmesine rağmen genel prensipler klasik fizik.

1. Yerçekimi kuvvetleri hakkında bilinenler

1.1. Cisimler arasında ortaya çıkan kuvvetin olduğu bilinmektedir. yerçekimi etkileşimi Bu cisimlerin kütlesiyle doğru orantılı ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır (evrensel çekim yasası veya Newton yasası):

, (1)

Nerede G" 6.6720H 10 -11 LF m 2H kg -2 - yer çekimi sabiti, M, M- etkileşen cisimlerin kütleleri ve R- etkileşen cisimlerin kütle merkezleri arasındaki en kısa mesafe. Vücudun kütlesi olduğunu varsayarsak M uzakta R kütle merkezine doğru yönlendirilmiş bir yerçekimi ivme alanı yaratır,

kuvvet (1) bir kütleye etki eden kuvvet M, ayrıca şu şekilde sunulur:

burada w, cismin kütle merkezinden geçmeyen bir eksen etrafında cismin açısal dönme hızıdır, v – Vücudun doğrusal hareket hızı ve R – dönme eksenini parçacıkla veya dönen cismin kütle merkeziyle birleştiren radyal vektör. İlk terim yerçekimi kuvvetine (1) karşılık gelir, formül (3)'teki ikinci terim Coriolis kuvveti olarak adlandırılır ve üçüncü terim merkezkaç kuvveti olarak adlandırılır. Coriolis kuvveti ve merkezkaç kuvveti, deneyim ve temel bilgilerle kesinlikle tutarsız olan referans sistemine bağlı olarak hayali olarak kabul edilir. sağduyu. Bir kuvvet, eğer performans gösterebiliyorsa, nasıl hayali olarak kabul edilebilir? gerçek iş? Tabii ki bunlar kurgu değil fiziksel güç ve bu kuvvetler hakkında şu anda mevcut olan bilgi ve fikirler.

Menşei sayısal katsayı Coriolis kuvvetinde “2” şüphelidir, çünkü bu katsayı, dönen bir referans çerçevesindeki vücut noktalarının anlık hızının, hareketli bir gövdenin hızıyla çakıştığı veya ona karşı yönlendirildiği durum için elde edilmiştir, yani, Coriolis kuvvetinin radyal yönü ile. İkinci durum, vücut hızının dik olduğu durum anlık hız Dönen referans sisteminin noktaları dikkate alınmaz. Ana hatlarıyla belirtilen yönteme göre, ikinci durumda Coriolis kuvvetinin büyüklüğü şu şekilde ortaya çıkıyor: sıfıra eşit, verilen açısal değerler için ve doğrusal hızlar aynı olmalı.

1.3. Açısal hız eksenel bir vektördür, yani belirli bir değerle karakterize edilir ve seçilen tek bir eksen boyunca yönlendirilir. Yön işareti açısal hız sağ vida kuralıyla belirlenir. Açısal dönme hızı, birim zaman başına dönme açısındaki değişiklik olarak tanımlanır, ω( T)=¶ φ/¶ T. Bu tanımda φ( T) – periyodik fonksiyon 2π radyan periyotlu zaman. Aynı zamanda açısal hız ters fonksiyon zaman. Bu, özellikle boyutundan kaynaklanmaktadır. Bu nedenlerden dolayı açısal hızın zamana göre türevi: ¶ ω /¶ t=-ω 2 . Açısal hızın zamana göre türevi eksenel vektöre karşılık gelir açısal ivme. Fiziksel olarak verilen geleneksel tanıma göre ansiklopedik sözlük, açısal ivmenin eksenel vektörü, dönme ekseni boyunca, dönme hızlandırılmışsa açısal hızla aynı yönde ve dönme yavaşsa açısal hıza karşı yönlendirilir.

2. Vücudun kütle merkezine etki eden yerçekimi kuvvetleri

Yerçekimi ve mekanik kuvvetler etkileşimin doğası gereği birbirinden farklıdır: cisimlerin "temas" etkileşimi sırasında mekanik kuvvetler ortaya çıkar ve cisimlerin uzaktan yerçekimi etkileşimi sırasında yerçekimi kuvvetleri ortaya çıkar.

2.1. Maddi bir cismin kütle merkezine etki eden tüm çekim kuvvetlerini belirleyelim. Vücudu kendi etrafında döndürmek kendi ekseni kütle merkezinden geçmesini şimdilik dikkate almayacağız. Mekaniğin genel prensiplerinden, bir cismin anlık momentumu değiştiğinde kuvvetin ortaya çıktığı bilinmektedir. Hadi yapalım benzer şekilde ilişkili kuvvetlerin belirlenmesinde olduğu gibi doğrusal hareket gövde ve dış eksene göre dönüşüyle ​​​​ilişkili kuvvetleri belirlerken:

veya genişletilmiş biçimde:

Nerede R =R·[ çünkü(ω T)· X + günah(ω T)· sen ], X Ve sen – karşılık gelen koordinat eksenleri yönünde birim vektörler, R– radyal vektör modülü R , R 1 =R /R– radyal vektör yönünde birim vektör R , T– zaman ve koordinat ekseni z dönme ekseniyle çakışır. Birim vektör türevinin büyüklüğü R 1 zamana göre, ¶ R 1 /¶ t=ω· R 1^ , nerede R 1^ - dönme düzleminde yer alan ve radyal vektöre dik olan birim vektör R (Şekil 1).

dikkate alınarak olası değişiklikler radyal vektör, denklem (7), formül (6)'ya göre şu formu alır:

. (8)

Pirinç. 1. Karşılıklı konum radyal vektör R , açısal hız ω ve anlık hız v M vücut kütlesi M, koordinat sisteminde ( X, sen, z) dönme ekseni eksen boyunca yönlendirilmiş olarak z. Birim vektör R 1 =R /r diktir birim vektör R 1^ .

2.2. Denklem (8)'de yer alan tüm kuvvetler eşittir ve vektör toplama kuralına göre toplanırlar. Kuvvetlerin toplamı (8) dört terimle temsil edilebilir:

F g= F A+F ω1 + F ω2 + F ω3.

Kuvvet F A düz olduğunda meydana gelir hızlandırılmış hareket vücut veya bir cismin başka bir cisimle yerçekimsel statik etkileşimi sırasında. Kuvvet F ω1 şu durumda Coriolis kuvvetine karşılık gelir: malzeme gövdesi Dönen bir sistemde radyal yönde (dönme yarıçapı boyunca) hareket eder. Bu kuvvet cismin anlık hızına doğru veya ona karşı yönlendirilir. Kuvvet F ω2 dönen cismin herhangi bir noktasına etki eden kuvvettir. Buna merkezkaç kuvveti denir, ancak dönen bir sistemdeki bir cisim dönme yarıçapını değiştirmeden anlık hız yönünde hareket ediyorsa aynı kuvvete Coriolis kuvveti denir. Kuvvet F ω2 her zaman radyal olarak yönlendirilir. Verilen eşitlik ¶ R 1 /¶ t=ω· R 1^ ve elde edilen vektörün yönü vektör çarpımı, vücudun her noktasının açısal hızla döndüğünü görüyoruz. ω ona bir kuvvet etki ediyor F ω2 = M·ω 2 · R , formül (3)'teki merkezkaç kuvveti ile örtüşmektedir.

Kuvvet F ω3 eylemsizlik kuvvetidir dönme hareketi. Dönme hareketinin atalet kuvveti, dönen sistemin ve onunla ilişkili cisimlerin açısal hızı değiştiğinde ve cismin anlık hızının vektörü boyunca yönlendirildiğinde ortaya çıkar. dw/dt<0 и против вектора мгновенной скорости тела при dw/dt>0. Yalnızca geçici süreçler sırasında meydana gelir ve vücudun düzgün dönüşüyle ​​\u200b\u200bbu kuvvet yoktur. Yön yerçekimi kuvveti dönme eylemsizliği

(9)

Şekil 2'de gösterilmiştir. 2. Burada R - dönme eksenini dönen gövdenin kütle merkezine en kısa yol boyunca bağlayan radyal vektör, ω – açısal hızın eksenel vektörü.


Pirinç. 2. Dönme hareketinin ataletinin yerçekimi kuvvetinin yönü, F ω3, Bir cismi 1. noktadan 2. noktaya hareket ettirirken dw / dt<0; R – radyal vektör , dönme ekseninin hareketli bir cismin kütle merkezine bağlanması; F T – halatın çekim kuvveti veya gerginlik kuvveti. Merkezkaç kuvveti gösterilmemiştir.

Kuvvetlerin vektör toplamı F ω1 ve F ω2 bileşke bir kuvvet oluşturur (Coriolis kuvveti F k) Bir cisim dönen bir sistemde keyfi bir yönde hareket ettiğinde:

3. Bir cismin dönme eksenini döndürürken ortaya çıkan yerçekimi ve mekanik kuvvetler

Yalnızca kütle merkezine değil, aynı zamanda maddi bir cismin başka herhangi bir noktasına da etki eden tüm yerçekimi kuvvetlerini belirlemek için, bu cismin dönme ekseni başka bir eksen etrafında döndüğünde ortaya çıkanlar da dahil olmak üzere, formüle geri dönmek gerekir (5). ).

Daha önce elde edilen tüm yerçekimi ve mekanik kuvvetler için genel formül geçerliliğini koruyor, ancak şimdiye kadar elde edilen tüm kuvvetlerin cismin kütle merkezine uygulandığı kabul ediliyordu. Kendi dönme ekseninin dönüşünün, vücudun kütle merkezi ile çakışmayan bireysel noktaları üzerindeki etkisi dikkate alınmamıştır. Ancak daha önce mekaniğin genel prensiplerinden elde edilen formül (5), cismin kendi dönme ekseninin uzaysal dönüşü sırasında ortaya çıkan kuvvetler de dahil olmak üzere, dönen bir cismin herhangi bir noktasına etki eden tüm kuvvetleri içerir. Bu nedenle, formül (5)'ten, kendi dönme ekseni uzayda belirli bir açıyla döndürüldüğünde, dönen bir malzeme gövdesinin rastgele bir noktasına etki eden kuvvet için açık bir biçimde bir denklem türetmek mümkündür. Bunu yapmak için denklem (5)'i aşağıdaki biçimde sunuyoruz:

(12)
,

nerede S rґ w Ѕ – vektör modülü rґ w , A ( rґ w ) 1 – vektör boyunca yönlendirilmiş birim vektör rґ w . Gösterildiği gibi vektörün zamana göre türevi rґ w bu vektörün değeri değiştiğinde, merkezkaç kuvveti, Coriolis kuvveti ve dönme atalet kuvvetinin elde edildiği yerçekimi ve mekanik dönme kuvvetlerini verir:

burada beşinci terim kuvvettir veya daha doğrusu, bir cismin dönme ekseninin bu cismin tüm noktalarında uzaysal dönüşü sırasında ortaya çıkan kuvvetler kümesidir ve her noktada ortaya çıkan kuvvet, bu noktanın konumu. Kısa gösterimle, tüm yerçekimi kuvvetlerinin toplam toplamı uygun bir şekilde şu şekilde temsil edilebilir:

, (15)

Nerede Fa – Yerçekimi ivme vektörü ile Newton kuvveti A , Fw 1 – Fw 3 - w ve e açısal hızının yerçekimi vektörü ile dönme hareketinin kuvvetleri Fw W ben - Bir cismin dönme eksenini tamamen döndürürken ortaya çıkan bir dizi kuvvet N Vücudun eşit olarak bölündüğü noktalar.

Beşinci terimi genişletilmiş biçimde sunalım. Tanım gereği radyal vektör R w açısal hız vektörüne diktir, dolayısıyla vektörün büyüklüğü rґ w kendisini oluşturan vektörlerin modüllerinin çarpımına eşittir:

Birim vektörün zamana göre türevi ( rґ w ) 1, j açısıyla yönünü değiştirdiğinde, S dönme düzlemine paralel konumlanmış başka bir birim vektör r1 verir ( x, z) ve vektöre dik rґ w (Şekil 3). Üstelik bir faktör olarak dönme açısının zamana göre türevine sayısal olarak eşit bir katsayıya sahiptir, W =¶ j /¶ t:

. (16)

Dönme ekseni döndürüldüğünde, malzeme gövdesinin noktalarının hareketi üç boyutlu olduğundan ve eksenin dönüşü belirli bir S düzleminde meydana geldiğinden ( x, z), o zaman birim vektörün dönme düzlemine göre modülü sabit değildir ve dönme sırasında sıfırdan bire değişir. Bu nedenle, böyle bir birim vektörün türevini alırken, bu birim vektörün dönüşünün meydana geldiği düzleme göre büyüklüğü dikkate alınmalıdır. Birim vektörün uzunluğu ( rґ w ) 1 dönme düzlemine göre S ( x, z) bu birim vektörün dönme düzlemine izdüşümüdür. Birim vektörün türevi ( rґ w ) 1 dönme düzleminde S ( x, z) aşağıdaki gibi temsil edilebilir:

, (17)

burada a vektör arasındaki açıdır rґ w ve dönme düzlemi S ( x, z).

Dönen bir cismin herhangi bir noktasına, dönme eksenini döndürürken etki eden kuvvet, bu cismin kütle merkezine değil, doğrudan verilen her noktaya uygulanır. Bu nedenle cismin birçok noktaya bölünmesi gerekir ve bu noktaların her birinin bir kütlesi olduğu varsayılır. ben ben. Vücudun belirli bir noktasının kütlesi altında, ben ben, tüm vücuda göre küçük bir hacimde yoğunlaşan kütle anlamına gelir V ben Bu yüzden:

Düzgün vücut yoğunluğu r ile kütle, ve kuvvetin uygulama noktası, verilen hacmin kütle merkezidir. V ben kütleli bir maddi cismin bir kısmı tarafından işgal edilmiş ben ben. Etki eden kuvvet Ben- Dönen bir cismin dönme eksenini döndürürken bu noktası aşağıdaki şekli alır:

, (18)

Nerede ben ben– Vücudun belirli bir noktasının kütlesi, ben mi belirli bir noktadan (kuvvetin belirlendiği) gövdenin dönme eksenine olan en kısa mesafedir, w, gövdenin açısal dönme hızıdır, W, eksenin dönme açısal hızının modülüdür dönme, a vektör arasındaki açıdır rґ w ve dönme düzlemi S ( x, z) ve r1, dönme düzlemine paralel ve anlık hız vektörüne dik olan bir birim vektördür. rґ w .


Pirinç. 3. Kuvvet yönü Fw W vücudun dönme ekseni S düzleminde döndüğünde meydana gelir (x,z) açısal dönüş hızı W ile. bu noktada A noktadan çıkan bir yarıçap vektörü ile İle dönme ekseni, kuvvet Fw W =0; bu noktada B Vücudun merkezinden çıkan bir yarıçap vektörü ile kuvvet Fw W maksimum değere sahiptir.

Her şeye etki eden tüm kuvvetlerin (18) toplamı N vücudun eşit olarak bölündüğü noktalar,

(19)

vücudu Y düzleminde döndüren bir kuvvet momenti yaratır ( y, z), dönme düzlemine dik S ( x, z) (Şekil 4).

Dönen cisimlerle yapılan deneylerden kuvvetlerin (19) varlığı bilinmektedir, ancak bunlar açıkça tanımlanmamıştır. Özellikle jiroskop teorisinde jiroskopun yatak desteklerine etki eden kuvvetlere "jiroskopik" kuvvetler adı verilir ancak bu fiziksel kuvvetlerin kökeni açıklanmaz. Bir jiroskopta, dönme ekseni döndürüldüğünde, burada klasik fiziğin genel prensiplerinden elde edilen ve belirli bir denklem biçiminde niceliksel olarak ifade edilen kuvvet (18), vücudunun her noktasına etki eder.

Simetri özelliğinden, vücudun her noktasının, dönme eksenine göre simetrik olarak yerleştirilmiş, aynı büyüklükte ancak zıt yöne sahip bir kuvvetin etki ettiği başka bir noktaya karşılık geldiği anlaşılmaktadır (18). Dönen bir cismin eksenini döndürürken bu tür simetrik kuvvet çiftlerinin birleşik hareketi, bu cismi üçüncü Y düzleminde döndüren bir kuvvet momenti yaratır ( y, z), S dönme düzlemine dik olan ( x, z) ve L düzlemleri (x, y), vücudun noktalarının dönüşünün meydana geldiği:

. (20)

Pirinç. 4. Vücudun kütle merkezine göre simetrik olarak yerleştirilmiş noktalarında kuvvet çiftlerinin etkisi altında bir kuvvet momentinin ortaya çıkması. 1 ve 2 - w açısal hızıyla dönen bir cismin iki simetrik noktası; burada cismin dönme ekseni W açısal hızıyla döndüğünde eşit büyüklükte kuvvetler ortaya çıkar Fw W 1 ve Fw W sırasıyla 2.

Bu durumda, vücudun simetri merkezi (kütle merkezi) ile çakışmayan herhangi bir noktasında, yönlerini karakterize eden açısal hızların birim vektörleri için, vektör özdeşliği sağlanır:

, (21)

burada Q1, kuvvetin (18) etkisi anında ortaya çıkan açısal hızın birim eksenel vektörüdür, w1, gövdenin açısal dönme hızının birim eksenel vektörüdür ve W1, kuvvetin (18) etki anında ortaya çıkan açısal hızın birim eksenel vektörüdür. dönme ekseninin açısal hızı (Şekil 2). Dönme ekseni, açısal dönme hızı vektörü W ile çakıştığından, her zaman dönme eksenine dik olduğundan ve cismin açısal dönme hızı vektörü w ile çakıştığından, açısal hız vektörü Q her zaman diktir w ve W: vektörlerine.

Koordinat sisteminin uzayda döndürülmesiyle kuvvet (18) bulma sorunu her zaman Şekil 1'de ele alınan duruma benzer bir duruma indirgenebilir. 3. Yalnızca w açısal hızının eksenel vektörünün yönü ve dönme ekseninin dönme hızının eksenel vektörünün yönü W değişebilir ve bunların değişmesinin bir sonucu olarak ters yönde değişebilir. kuvvetin yönü Fw W .

Bir cismin karşılıklı üç dik eksen boyunca serbest dönüşü sırasındaki açısal hızların mutlak değerleri arasındaki ilişki, dönme hareketi enerjisinin korunumu yasası uygulanarak bulunabilir. En basit durumda homojen bir kütle için M yarıçaplı bir top şeklinde R sahibiz:

,

nereden alıyoruz:

.

4. Cismin üzerine etkiyen birincil yer çekimi ve mekanik kuvvetlerin toplamı

4.1. Bir cismin dönme ekseni döndüğünde ortaya çıkan kuvvetleri (19) hesaba katarak, kendi dönüşünün uzaysal dönüşü de dahil olmak üzere, doğrusal ve dönme hareketine katılan maddi bir cismin herhangi bir noktasına etki eden tüm yerçekimi kuvvetlerinin toplamına ilişkin tam denklem eksen aşağıdaki forma sahiptir:


(22)

Nerede A – kütleli bir cismin doğrusal ivmesinin vektörü M, R - gövdenin dönme eksenini kuvvetin uygulama noktasına bağlayan radyal vektör, R– radyal vektör modülü R ,R 1 - yarıçap vektörüyle çakışan birim vektör R , w – gövdenin açısal dönme hızı, S rґ w Ѕ – anlık hız vektörünün büyüklüğü rґ w , (rґ w ) 1 – vektörle aynı yönde çakışan birim vektör rґ w , R 1^ - dönme düzleminde bulunan ve vektöre dik olan birim vektör R 1, W – dönme ekseninin açısal dönme hızının modülü, r 1 – dönme düzlemine paralel ve anlık hız vektörüne dik olan birim vektör rґ w , a – vektör arasındaki açı rґ w ve dönme düzlemi, ben ben- ağırlık Ben-vücudun küçük bir hacminde yoğunlaşan nokta V ben Merkezi kuvvetin uygulama noktası olan ve N– vücudun bölündüğü noktaların sayısı. Formül (22)'de ikinci, üçüncü ve dördüncü kuvvetlerin işareti pozitif alınabilir, çünkü genel formülde bu kuvvetler mutlak değer işaretinin altındadır. Kuvvetlerin işaretleri, her bir özel kuvvetin yönü dikkate alınarak belirlenir. Formül (22)'de yer alan kuvvetleri kullanarak, bir malzeme gövdesinin herhangi bir noktasının, dönme ekseninin uzamsal dönüşü de dahil olmak üzere, keyfi bir yörünge boyunca hareket ederken mekanik hareketini tanımlamak mümkündür.

4.2. Yani yerçekimi etkileşiminde, bu cismin öteleme ve dönme hareketi sırasında maddi bir cismin kütle merkezine ve noktalarının her birine etki eden yalnızca beş farklı fiziksel kuvvet vardır ve bu kuvvetlerden yalnızca biri (Newton kuvveti) etki edebilir. başka bir bedenin yanından sabit bir gövde üzerinde. Yerçekimi etkileşiminin tüm kuvvetlerinin bilgisi, dinamik mekanik sistemlerin (örneğin gezegensel) stabilitesinin nedenini anlamayı ve elektromanyetik kuvvetleri hesaba katarak atomun stabilitesini açıklamayı mümkün kılar.

Edebiyat:

1. Landau L.D., Akhiezer A.I., Lifshits E.M. Genel fizik kursu. Mekanik ve moleküler fizik. M.: Nauka, 1969.

2. Savelyev I.V. Genel fizik dersi. T.1. Mekanik. Moleküler fizik. 3. baskı, rev. M.: Nauka, 1987.

3. Sokol-Kutilovsky O.L. Yerçekimi ve elektromanyetik kuvvetler. Ekaterinburg, 2005

Sokol-Kutilovsky O.L., Yerçekimi etkileşiminin kuvvetleri üzerine // “Üçlülük Akademisi”, M., El No. 77-6567, 13569, 07.18.2006.


giriiş

1. Yerçekimi teorisinin gelişimine kısa bir bakış

2. Yerçekimi kuvvetlerinin doğası hakkında

3. Yerçekimi etkileşiminin özellikleri

Çözüm

Referanslar

Başvuru


giriiş

Modern bilimin aksiyomlarından biri şunu söylüyor: Evrendeki herhangi bir maddi nesne, evrensel yerçekimi kuvvetleriyle birbirine bağlıdır. Bu kuvvetler sayesinde gök cisimleri - gezegenler, yıldızlar, galaksiler ve bir bütün olarak Metagalaksi - oluşur ve var olur. Bu cisimlerin ve malzeme sistemlerinin şekli ve yapısı, ayrıca göreceli hareket ve etkileşim, yerçekimi kuvvetleri ile kütlelerin eylemsizlik kuvvetleri arasındaki dinamik denge tarafından belirlenir.

İnsan yaşamı boyunca bedeninin yerçekimini ve kaldırmak zorunda olduğu nesnelerin ağırlığını hisseder. Bununla birlikte, Newton ve Hooke'tan bir buçuk yüzyıl önce, ünlü Polonyalı bilim adamı Nicolaus Copernicus yerçekimi hakkında şunları yazmıştı: “Yerçekimi, Evrenin babasının tüm parçacıklara bahşettiği doğal bir arzudan başka bir şey değil, yani ortak bir şekilde birleşmek. bütün, küresel cisimler oluşturuyor. Diğer bilim adamları da benzer düşünceleri dile getirdiler. Newton ve Hooke tarafından keşfedilen yerçekimi kanunu formülleri, gezegenlerin yörüngelerinin büyük bir doğrulukla hesaplanmasını ve Evrenin ilk matematiksel modelinin oluşturulmasını mümkün kıldı. Çevremizdeki dünyanın kendi başına var olup olmadığı veya zihnin faaliyetinin bir ürünü olup olmadığı (daha yüksek bir varlığa veya her bir bireye ait) sorusu, klasik olarak şu şekilde formüle edilen felsefenin ana sorununun özüdür. Maddenin veya bilincin önceliği konusunda bir ikilem. Çevremizdeki doğal nesnelerin bir iç yapısı vardır; sırayla kendileri başka nesnelerden oluşur (bir elma, atom kombinasyonlarından oluşan moleküllerden oluşan bitki dokusu hücrelerinden oluşur, vb.). Bu durumda, değişen karmaşıklıktaki maddenin organizasyon seviyeleri doğal olarak ortaya çıkar: kozmik, gezegensel, jeolojik, biyolojik, kimyasal, fiziksel.

Evrendeki tüm maddenin dağılımı fiziksel süreçlerin seyrini etkiler mi? Yerçekimi etkileşimi ile belirsizlik ilkesi arasında herhangi bir bağlantı var mı? Elbette modern fizikte henüz cevaplanmamış başka sorular da var.

Yer çekimi Farklı yönlerde hareket eden maddi sistemler arasında dürtü alışverişi yoluyla etkileşim vardır.

Yerçekimi etkileşiminin özellikleri Fiziksel gerçekliğin herhangi bir alanında işleyen yasaların birliğine dayanan, en uygun yerçekimi sisteminin - Dünya gezegeninin dinamiklerini inceleyerek anlaşılabilir. Ancak Dünya'nın dinamiklerini, katmanlı simetrik de olsa monolitik, soyut bir matematiksel model değil, iki kutuplu aktif (canlı) bir sistem olarak incelemek gerekir. Yerçekimi kuvvetlerinin bu polaritesi aşağıdaki faktörlerden kaynaklanmaktadır.

1. Doğadaki çekim kuvvetlerinin evrenselliği. Fiziksel gerçeklikte yer çekimi dışında başka etkileşim yoktur.

2. 1936-1937'de böyle bir yoğunluk dağılımının olasılığı Bullen tarafından elde edilmişti ancak kabul edilemez olarak görülüyordu.

3. Dünyanın merkezinde tahmin edilen maksimum basınçlar ile mevcut minimum yerçekimi arasındaki kesin tutarsızlık, yüksek basınçların ortaya çıkmasının tek nedenidir (klasik fiziğe göre).

4. İç kabuklardaki basınç azalmasının göstergeleri, gezegenin gerçek ekvator şişmesinin (70 m) fazlalığı ve ekvator ve kutup yarıçapları arasındaki farkla ilişkili normal yerçekimi gradyanları arasındaki tutarsızlık olabilir.

5. Bugüne kadar iç çekirdekten geçen enine sismik dalgalar kaydedilmemiştir.

6. Jeofizikçiler tarafından oldukça iyi bilinen, gezegenin içi boş ve katı modellerinin eylemsizlik momenti hesaplamalarına dayanan çekirdek maddenin fiziksel durumuna ilişkin değerlendirmeler ve bunun, gezegenin dinamiklerinin analizinden elde edilen verilerle karşılaştırılması. Dünya-Ay sistemi yanlış yürütüldü.

Güneş sisteminin büyük bir kısmının (yaklaşık %99,8'inin) tek yıldızı Güneş'te bulunduğu iyi bilinmektedir. Gezegenlerin toplam kütlesi toplamın yalnızca %0,13'üdür. Sistemin geri kalan gövdeleri (kuyruklu yıldızlar, gezegen uyduları, asteroitler ve göktaşı maddesi) kütlenin yalnızca %0,0003'ünü oluşturur. Yukarıdaki şekillerden, sistemimizdeki gezegenlerin hareketine ilişkin Kepler yasalarının çok iyi yerine getirilmesi gerektiği anlaşılmaktadır. Güneş ve gezegenlerin, yerçekimi kuvvetlerinin etkisi altında sıkıştırılmış tek bir gaz bulutundan ortak kökenine ilişkin çok çekici teori, Bir yıldız ve gezegenler arasında gözlemlenen dönme momentinin (momentum) eşit olmayan dağılımıyla, süpernovanın neden olduğu etkilerle derin uzaydan gelen cisimlerin Güneş tarafından yerçekimi tarafından yakalanması sonucu gezegenlerin kökenine ilişkin modeller ile çelişkili olduğu ortaya çıktı. patlamalar tartışılıyor. Güneş sisteminin gelişimine ilişkin çoğu "senaryoda", asteroit kuşağının varlığı, öyle ya da böyle, sistemdeki en büyük gezegene yakınlığıyla ilişkilidir.
1. Yerçekimi teorisinin gelişimine kısa bir bakış Başlangıçta Dünya'nın hareketsiz olduğuna ve gök cisimlerinin hareketinin çok karmaşık göründüğüne inanılıyordu. Galileo, gezegenimizin de bir istisna olmadığını ve aynı zamanda Güneş'in etrafında döndüğünü öne süren ilk kişilerden biriydi. Bu kavram oldukça düşmanlıkla karşılandı. Tycho Brahe tartışmalara katılmamaya, gök küresindeki cisimlerin koordinatlarının doğrudan ölçümlerini almaya karar verdi. Daha sonra Tycho'nun verileri Kepler'e geldi; Kepler gözlemlenen karmaşık yörüngeler için basit bir açıklama buldu ve gezegenlerin (ve Dünya'nın) Güneş etrafındaki üç hareket yasasını formüle etti: 1. Gezegenler eliptik yörüngelerde hareket eder ve odak noktalarından birinde Güneş bulunur.2. Gezegenin hareket hızı öyle bir değişiyor ki, yarıçap vektörünün eşit zaman dilimlerinde taradığı alanlar eşit çıkıyor.3. Bir güneş sistemindeki gezegenlerin yörünge dönemleri ve yörüngelerinin yarı ana eksenleri şu ilişkiyle ilişkilidir: Kepler'e göre, Dünya'dan gözlemlenen “gök küresi” üzerindeki gezegenlerin karmaşık hareketi, Bu gezegenlerin, Dünya ile birlikte Güneş etrafında yörünge hareketi yapan ve gezegenin ekseni etrafında günlük dönüş yapan gözlemcinin hareketi ile eliptik yörüngelere eklenmesi, Dünya'nın günlük dönüşünün doğrudan kanıtı olarak gerçekleştirilen bir deneydi. Foucault tarafından ortaya atılan, bir sarkacın salınım düzleminin dönen Dünya'nın yüzeyine göre döndürüldüğü Kepler yasaları, gezegenlerin gözlemlenen hareketini mükemmel bir şekilde tanımladı, ancak bu harekete yol açan nedenleri açıklamadı (örneğin, tamamen). Kepler yörüngelerindeki cisimlerin hareketinin nedeninin, bazı varlıkların iradesi veya gök cisimlerinin kendilerinin uyum arzusu olduğu varsayılabilir. Newton'un yerçekimi teorisi, kozmik cisimlerin hareketini Kepler yasalarına göre belirleyen, daha karmaşık durumlarda hareketlerinin özelliklerini doğru bir şekilde tahmin eden ve açıklayan, kozmik ve karasal ölçeklerdeki birçok fenomeni aynı terimlerle tanımlamayı mümkün kılan nedeni gösterdi. (galaktik bir kümedeki yıldızların hareketi ve bir elmanın Dünya yüzeyine düşmesi) Newton, iki nokta cismin (aralarındaki mesafeye göre boyutları küçük olan cisimler) etkileşiminden kaynaklanan çekim kuvveti için doğru ifadeyi buldu. gezegenin kütlesinin yıldızın kütlesinden çok daha az olması durumunda ikinci yasayla birlikte analitik bir çözümü kabul eden diferansiyel denkleme yol açtı. Herhangi bir ek fiziksel fikir içermeden, tamamen matematiksel yöntemler kullanılarak, uygun başlangıç ​​koşulları altında (yıldıza yeterince küçük bir başlangıç ​​mesafesi ve gezegenin hızı), kozmik cismin kapalı, sabit bir eliptik yörüngede döneceği gösterilebilir. Kepler'in yasalarına tam uyum (özellikle Kepler'in ikinci yasası, açısal momentumun korunumu yasasının doğrudan bir sonucudur; bu, kütlesel bir merkeze göre kuvvet momenti her zaman sıfır olduğundan, yerçekimi etkileşimleri sırasında doğrudur). Yeterince yüksek bir başlangıç ​​​​hızında (değeri yıldızın kütlesine ve başlangıç ​​\u200b\u200bkonumuna bağlıdır), kozmik cisim hiperbolik bir yörünge boyunca hareket eder ve sonuçta yıldızdan sonsuz büyük bir mesafeye doğru hareket eder. Yer çekimi yasasının önemli bir özelliği nokta olmayan cisimlerin kütlelerinin hacim üzerinde küresel olarak simetrik dağılımı durumunda yerçekimsel etkileşimi durumunda matematiksel formunun korunmasıdır. Bu durumda bu cisimlerin merkezleri arasındaki mesafe rol oynar. 2. Yerçekimi kuvvetlerinin doğası hakkında Newton tarafından formüle edilen evrensel çekim yasası, klasik doğa biliminin temel yasalarından biridir. Newton'un kavramının metodolojik zayıflığı, yerçekimi kuvvetlerinin ortaya çıkmasına yol açan mekanizmaları tartışmayı reddetmesiydi (“Ben hipotezler icat etmiyorum”). Newton'dan sonra, bir yerçekimi teorisi oluşturmak için defalarca girişimlerde bulunuldu. Yaklaşımların büyük çoğunluğu, yerçekimi kuvvetlerinin ortaya çıkışını, büyük cisimlerin bir ara madde ile mekanik etkileşimleriyle açıklamaya çalışan, hidrodinamik yerçekimi modelleri ile ilişkilendirildi. şu ya da bu ismin verildiği: "eter", "graviton akışı", "vakum" vb. Cisimler arasındaki çekim, Ortamın seyrelmesinin bir sonucu olarak ortaya çıkar; bu, ya büyük cisimler tarafından emildiğinde ya da onlar akışını engellediğinde meydana gelir. Tüm bu teorilerin ortak önemli bir dezavantajı vardır: Kuvvetin mesafeye bağımlılığını doğru bir şekilde tahmin etmek, kaçınılmaz olarak gözlemlenemeyen başka bir etkiye yol açar: Yerçekimi etkileşimi kavramının geliştirilmesinde önemli ölçüde yeni bir adım. Genel görelilik teorisini yaratan A. Einstein tarafından yapılmıştır.

Newton: "Güneş'e doğru olan kütleçekimi, onun bireysel parçacıklarına doğru olan çekimden oluşur ve Güneş'ten uzaklaştıkça, Satürn'ün yörüngesine kadar olan mesafelerin kareleriyle orantılı olarak tam olarak azalır, bu da Güneş'in geri kalan günötelerinden kaynaklanır. gezegenler ve hatta kuyruklu yıldızların en uç noktalarına kadar, eğer bu günöteleri hareketsizse. Yerçekimi etkileşiminin bu özelliği, vücut içindeki koşullara uygulandığında, vücudun merkezinden uzaklığın azalmasıyla birlikte yerçekimi kuvvetinin bağımlılığının azalmasına yol açar.

Yerçekimi (evrensel yerçekimi, yerçekimi)(Latince gravitalardan - “yerçekimi”) - doğada tüm maddi cisimlerin tabi olduğu uzun vadeli temel etkileşim. Modern verilere göre bu, diğer kuvvetlerden farklı olarak, kütlelerine bakılmaksızın istisnasız tüm cisimlere aynı ivmeyi vermesi anlamında evrensel bir etkileşimdir. Esas olarak yerçekimi kozmik ölçekte belirleyici bir rol oynar. Terim yer çekimi yerçekimsel etkileşimi inceleyen fizik dalının adı olarak da kullanılır. Klasik fizikte yerçekimini açıklayan en başarılı modern fiziksel teori, genel görelilik teorisidir; yerçekimi etkileşiminin kuantum teorisi henüz oluşturulmamıştır.

Yerçekimi etkileşimi

Yerçekimi etkileşimi dünyamızdaki dört temel etkileşimden biridir. Klasik mekanik çerçevesinde yerçekimi etkileşimi anlatılmaktadır. evrensel çekim kanunu Newton, iki maddi kütle noktası arasındaki çekim kuvvetinin M 1 ve M 2 mesafeye göre ayrılmış R, hem kütlelerle orantılı hem de uzaklığın karesiyle ters orantılıdır; yani

.

Burada G- yerçekimi sabiti, yaklaşık olarak eşittir m³/(kg·s²). Eksi işareti, cisme etki eden kuvvetin her zaman vücuda yönelik yarıçap vektörüne eşit olduğu, yani yerçekimi etkileşiminin her zaman herhangi bir cismin çekimine yol açtığı anlamına gelir.

Evrensel çekim yasası, radyasyon çalışmasında da ortaya çıkan (örneğin, Işık Basıncına bakınız) ters kare yasasının uygulamalarından biridir ve alandaki ikinci dereceden artışın doğrudan bir sonucudur. yarıçapı artan küre, bu da herhangi bir birim alanın tüm kürenin alanına katkısında ikinci dereceden bir azalmaya yol açar.

Gök mekaniğinin en basit problemi, boş uzaydaki iki cismin yerçekimsel etkileşimidir. Bu problem analitik olarak sonuna kadar çözülür; çözümünün sonucu genellikle Kepler'in üç yasası biçiminde formüle edilir.

Etkileşen cisimlerin sayısı arttıkça görev dramatik biçimde daha karmaşık hale gelir. Bu nedenle, zaten meşhur olan üç cisim problemi (yani, sıfır olmayan kütlelere sahip üç cismin hareketi), genel bir biçimde analitik olarak çözülemez. Sayısal bir çözümde, çözümlerin başlangıç ​​koşullarına göre kararsızlığı oldukça hızlı bir şekilde ortaya çıkar. Bu istikrarsızlık, Güneş Sistemi'ne uygulandığında yüz milyon yıldan daha büyük ölçeklerde gezegenlerin hareketini tahmin etmeyi imkansız hale getiriyor.

Bazı özel durumlarda yaklaşık bir çözüm bulmak mümkündür. En önemli durum, bir cismin kütlesinin diğer cisimlerin kütlesinden önemli ölçüde daha büyük olmasıdır (örnekler: güneş sistemi ve Satürn halkalarının dinamikleri). Bu durumda, ilk yaklaşım olarak, hafif cisimlerin birbirleriyle etkileşime girmediğini ve büyük cisim etrafında Kepler yörüngeleri boyunca hareket ettiğini varsayabiliriz. Aralarındaki etkileşimler pertürbasyon teorisi çerçevesinde dikkate alınabilir ve zaman içinde ortalaması alınabilir. Bu durumda rezonanslar, çekiciler, kaos vb. gibi önemsiz olmayan olaylar ortaya çıkabilir. Bu tür olayların açık bir örneği, Satürn'ün halkalarının önemsiz olmayan yapısıdır.

Yaklaşık olarak aynı kütleye sahip çok sayıda çekici cisimden oluşan bir sistemin davranışını tanımlama çabalarına rağmen, dinamik kaos olgusu nedeniyle bu yapılamaz.

Güçlü yerçekimi alanları

Güçlü çekim alanlarında, göreceli hızlarda hareket edildiğinde genel göreliliğin etkileri ortaya çıkmaya başlar:

  • yerçekimi yasasının Newton yasasından sapması;
  • yerçekimi bozukluklarının sonlu yayılma hızıyla ilişkili potansiyellerin gecikmesi; yerçekimi dalgalarının ortaya çıkışı;
  • Doğrusal olmayan etkiler: Yerçekimi dalgaları birbirleriyle etkileşime girme eğilimindedir, bu nedenle güçlü alanlardaki dalga süperpozisyonu ilkesi artık geçerli değildir;
  • uzay-zamanın geometrisini değiştirmek;
  • kara deliklerin ortaya çıkışı;

Yerçekimi radyasyonu

Genel göreliliğin önemli tahminlerinden biri, varlığı henüz doğrudan gözlemlerle doğrulanmayan yerçekimi radyasyonudur. Bununla birlikte, varlığını destekleyen dolaylı gözlemsel kanıtlar da mevcuttur: PSR B1913+16 pulsarı (Hulse-Taylor pulsarı) ile ikili sistemdeki enerji kayıpları, bu enerjinin pulsar tarafından taşındığı bir modelle iyi bir uyum içindedir. yerçekimi radyasyonu.

Yerçekimi radyasyonu yalnızca değişken dört kutuplu veya daha yüksek çok kutuplu momentlere sahip sistemler tarafından üretilebilir; bu gerçek, çoğu doğal kaynağın yerçekimsel radyasyonunun yönlü olduğunu ve bu da tespitini önemli ölçüde zorlaştırdığını göstermektedir. Yerçekimi gücü ben-alan kaynağı orantılıdır (v / C) 2ben + 2 , eğer çok kutuplu elektrik tipi ise ve (v / C) 2ben + 4 - eğer çok kutuplu manyetik tipte ise, burada v yayılan sistemdeki kaynakların karakteristik hareket hızıdır ve C- ışık hızı. Böylece, baskın moment elektrik tipinin dört kutuplu momenti olacaktır ve karşılık gelen radyasyonun gücü şuna eşittir:

Nerede Q BenJ- yayılan sistemin kütle dağılımının dört kutuplu moment tensörü. Devamlı (1/W) radyasyon gücünün büyüklük sırasını tahmin etmemizi sağlar.

1969'dan (Weber'in deneyleri) günümüze (Şubat 2007) kadar, yerçekimi radyasyonunu doğrudan tespit etmek için girişimlerde bulunuldu. ABD, Avrupa ve Japonya'da şu anda çalışan birkaç yer tabanlı dedektör (GEO 600) ve Tataristan Cumhuriyeti'nin uzay yerçekimi dedektörü projesi bulunmaktadır.

Yer çekiminin ince etkileri

Kütleçekimsel çekim ve zaman genişlemesinin klasik etkilerine ek olarak, genel görelilik teorisi, yerçekiminin, karasal koşullar altında çok zayıf olan ve bu nedenle tespit edilmesi ve deneysel olarak doğrulanması çok zor olan başka belirtilerinin de varlığını öngörür. Yakın zamana kadar bu zorlukların üstesinden gelmek deneycilerin yeteneklerinin ötesinde görünüyordu.

Bunların arasında özellikle eylemsiz referans çerçevelerinin sürüklenmesini (veya Lense-Thirring etkisini) ve gravitomanyetik alanı sayabiliriz. 2005 yılında NASA'nın insansız Yerçekimi Sondası B, Dünya yakınında bu etkileri ölçmek için benzeri görülmemiş bir hassas deney gerçekleştirdi, ancak bunun tam sonuçları henüz yayınlanmadı.

Kuantum yerçekimi teorisi

Yarım asırdan fazla süren çabalara rağmen kütleçekimi, tutarlı bir yeniden normalleştirilebilir kuantum teorisinin henüz oluşturulamadığı tek temel etkileşimdir. Bununla birlikte, düşük enerjilerde, kuantum alan teorisinin ruhuna uygun olarak, yerçekimsel etkileşim, spin 2'ye sahip graviton - ayar bozonlarının değişimi olarak temsil edilebilir.

Standart yerçekimi teorileri

Kütleçekiminin kuantum etkilerinin en uç deneysel ve gözlemsel koşullar altında bile son derece küçük olması nedeniyle, bunlara ilişkin güvenilir gözlemler hâlâ mevcut değildir. Teorik tahminler, vakaların büyük çoğunluğunda kişinin kendisini yerçekimsel etkileşimin klasik tanımıyla sınırlayabileceğini göstermektedir.

Modern bir kanonik klasik yerçekimi teorisi vardır - genel görelilik teorisi ve birbirleriyle rekabet eden, farklı gelişim derecelerine sahip birçok açıklayıcı hipotez ve teori vardır (Alternatif yerçekimi teorileri makalesine bakın). Bu teorilerin tümü, halihazırda deneysel testlerin yürütüldüğü yaklaşım dahilinde birbirine çok benzer tahminler yapmaktadır. Aşağıda birkaç temel, en iyi geliştirilmiş veya bilinen yerçekimi teorileri yer almaktadır.

  • Yerçekimi geometrik bir alan değil, tensör tarafından tanımlanan gerçek bir fiziksel kuvvet alanıdır.
  • Yerçekimi fenomeni, enerji-momentum ve açısal momentumun korunumu yasalarının açıkça karşılandığı düz Minkowski uzayı çerçevesinde düşünülmelidir. O halde cisimlerin Minkowski uzayındaki hareketi, bu cisimlerin efektif Riemann uzayındaki hareketine eşdeğerdir.
  • Tensör denklemlerinde metriği belirlemek için graviton kütlesi dikkate alınmalı ve Minkowski uzay metriği ile ilişkili ayar koşulları kullanılmalıdır. Bu, uygun bir referans çerçevesi seçilerek yerçekimi alanının yerel olarak bile yok edilmesine izin vermez.

Genel görelilikte olduğu gibi, RTG'de de madde, yerçekimi alanının kendisi hariç, maddenin tüm formlarını (elektromanyetik alan dahil) ifade eder. RTG teorisinin sonuçları şu şekildedir: Genel Görelilik'te tahmin edilen fiziksel nesneler olarak kara delikler yoktur; Evren düz, homojen, izotrop, durağan ve Öklidyendir.

Öte yandan, RTG karşıtlarının daha az ikna edici argümanları da yok; bunlar özetle aşağıdaki noktalara dayanıyor:

Benzer bir şey, Öklid dışı uzay ile Minkowski uzayı arasındaki bağlantıyı hesaba katmak için ikinci tensör denkleminin tanıtıldığı RTG'de de meydana gelir. Jordan-Brans-Dicke teorisinde boyutsuz bir uyum parametresinin varlığı nedeniyle, teorinin sonuçlarının yerçekimi deneylerinin sonuçlarıyla örtüşecek şekilde seçilmesi mümkün hale gelir.

Yerçekimi teorileri
Newton'un klasik yerçekimi teorisi Genel görelilik teorisi Kuantum yerçekimi Alternatif
  • Genel göreliliğin matematiksel formülasyonu
  • Büyük gravitonlu yerçekimi
  • Geometrodinamik (İngilizce)
  • Yarı klasik yerçekimi
  • Bimetrik teoriler
    • Skaler-tensör-vektör yerçekimi
    • Whitehead'in yerçekimi teorisi
  • Değiştirilmiş Newton dinamiği
  • Bileşik yerçekimi

Kaynaklar ve notlar

Edebiyat

  • Vizgin V.P. Göreli çekim teorisi (kökenleri ve oluşumu, 1900-1915). M.: Nauka, 1981. - 352c.
  • Vizgin V.P. Yirminci yüzyılın 1. üçte birinde birleşik teoriler. M.: Nauka, 1985. - 304c.
  • Ivanenko D.D., Sardanashvili G.A. Yerçekimi, 3. baskı. M.: URSS, 2008. - 200 s.

Ayrıca bakınız

  • Gravimetre

Bağlantılar

  • Evrensel çekim kanunu ya da “Ay neden Dünya'ya düşmüyor?” - Kompleks hakkında
Fiziğin ana alt alanları
Deneysel fizik · Teorik fizik
Tarım fiziği · Akustik · Astrofizik · Atomik, moleküler ve optik fizik · Biyofizik · Jeofizik · Dinamik (Hidrodinamik · Termodinamik) · Matematiksel fizik · Tıbbi fizik · Metafizik · Mekanik (Klasik mekanik · Kuantum mekaniği · İstatistiksel mekanik) · Naif fizik · Nörofizik · Statik (Hidrostatik) · Kuantum alan teorisi · Görelilik (özel teori · Genel teori) · Atmosfer fiziği · Yoğun madde fiziği · Plazma fiziği · Toprak fiziği ·

Evrendeki herhangi bir fiziksel cismin kendi çekim alanına sahip olduğuna inanılmaktadır. Bu çekim alanı, bu fiziksel bedeni oluşturan tüm parçacıkların, atomların ve moleküllerin bir dizi çekim alanı olarak oluşur. Fiziksel bedenin kütlesine, yoğunluğuna ve diğer özelliklerine bağlı olarak bazı fiziksel cisimlerin çekim alanı diğerlerinden farklıdır. Büyük fiziksel bedenler daha güçlü ve daha geniş bir çekim alanına sahiptir ve diğer daha küçük fiziksel bedenleri çekebilmektedir. Birbirlerine olan karşılıklı çekim kuvvetinin değeri, I. Newton'un evrensel çekim yasası - yerçekimi ile belirlenir. Bu, Evrendeki herhangi bir fiziksel beden için geçerlidir.

Peki fiziksel cisimlerin yer çekiminin fiziksel anlamı nedir? Büyük dahi I. Newton'un bize söyleyecek zamanı olmadı mı?

Bu konuyu açıklığa kavuşturmaya çalışalım. I. Newton teorisinde parçacıkları değil, her şeyden önce gezegenleri ve yıldızları dikkate aldı. Evrendeki gezegenler ve yıldızlar arasındaki yerçekimsel etkileşimleri dikkate almadan önce, parçacıkların yerçekimsel etkileşimi hakkında zaten bir fikrimiz var, Dünya'daki fiziksel cisimler arasındaki yerçekimsel etkileşimi anlamaya çalışacağız ve genel fiziksel anlamın ne olduğunu anlamaya çalışacağız. yer çekimidir.

Varsayım

İnanıyorum ki yer çekiminin fiziksel anlamı genel anlamda, fiziksel bedenin seyrekleştirilmiş eterik bölgesinin, diğer fiziksel bedenlerin diğer seyrekleştirilmiş eterik bölgelerinin çekiciliğine bağlı olarak gergin durumunu azaltarak, çevredeki eterik ortamla bir denge durumuna geçme konusundaki sürekli arzusundan oluşur. eterik seyrekleşme bölgesi.

Gezegenimiz ile dünyanın üzerinde yükselen veya uzaydan bize gelen herhangi bir fiziksel cismin çekimsel etkileşimini dikkate alırsak, herhangi bir fiziksel cismin daima Dünya yüzeyine düştüğünü söyleyebiliriz. Genellikle bu durumda Dünya'nın yerçekimi sayesinde fiziksel bedenleri kendine çektiğini söyleriz. Ancak henüz kimse bu çekimin mekanizmasını anlayıp açıklayamamıştır.

Aynı zamanda bu gizemli olgunun fiziksel özü, nadir görülen maddenin eterik ortam Dünya yüzeyine yakın yerlerde, ondan uzakta olduğundan daha nadirdir. Başka bir deyişle, Dünya'nın yüzeyindeki çekim alanı ve çekim kuvveti, gezegenden uzakta olduğundan daha güçlüdür. Atomların, moleküllerin ve çeşitli kimyasal maddelerin en küçük parçacıklarının bulunduğu Dünya atmosferinden değil, yalnızca eterik ortamdan bahsettiğimizi unutmayın. Dünya atmosferindeki seyrekleştirilmiş eterik ortama ilave yoğunluk kazandıran, eterik ortamın bu kimyasal maddelerle doldurulmasıdır.

Eterik ortamın kendisi yalnızca Dünya'nın atmosferini oluşturmaz. Tamamen engelsiz bir şekilde gezegenin tüm vücuduna nüfuz eder. Atmosferi, kabuğu, mantosu ve çekirdeği de dahil olmak üzere Dünya üzerindeki her şeyi ve onu oluşturan her şeyi oluşturan tüm parçacıklar, milyarlarca yıldır durmayan eterik bir girdap içinde dönüyor. Aynı zamanda gezegenin dönüşü ve Evrendeki tüm gezegenlerin ve yıldızların dönüşü, onların eterik girdaplarının etkisiyle sağlanır. Dünyanın eterik ortamı, kendisiyle ve atmosferiyle uyum içinde döner.

Eterik ortamın seyrekleşmesi yalnızca Dünya'nın merkezine olan mesafeye bağlıdır ve yer kabuğunun veya mantosunun yoğunluğuna bağlı değildir. Dolayısıyla Dünya'nın çekim kuvvetinin göstergeleri de kayaların, suyun veya havanın yoğunluğuna değil, yalnızca bu kuvveti ölçtüğümüz gezegenin merkezine olan mesafeye bağlıdır.

Bunu, gezegenin yüzeyinden çeşitli mesafelerdeki fiziksel cisimlerin yerçekimi ivmesine (yerçekimi ivmesi) ilişkin verileri kullanarak kanıtlamak oldukça basittir. Örneğin dünya yüzeyinde 9,806 m/sn2, 5 km yükseklikte - 9,791 m/sn2, 10 km yükseklikte - 9,775 m/sn2, 100 km - 9,505 olacaktır. m/sn 2, 1000 km - 7,36 m/sn 2,

10.000 km - 1,5 m/s2 ve 400.000 km - 0,002 m/s2 yükseklikte.

Bu veriler, Dünya'nın merkezinden uzaklaştıkça eterik ortamın yoğunluğunun da arttığını, bunun da Dünya'nın yerçekimi ivmesinde ve yerçekimi kuvvetinde bir azalmaya yol açtığını göstermektedir.

Gezegenin merkezine yaklaştıkça eterik ortamın seyrekleşmesi artıyor. Eterik ortamın seyrekleşmesindeki bir artış, yerçekimi ivmesindeki ve dolayısıyla vücudun ağırlığındaki bir artışı önceden belirler. Bu, yerçekiminin fiziksel özüne ilişkin anlayışımızı doğrulamaktadır.

Başka herhangi bir fiziksel beden bir gezegenin çekim alanına düştüğünde, kendisini düşen bedenin üzerindeki eterik ortamın her zaman bu bedenin altındaki eterik ortamdan daha yoğun olduğu bir konumda bulur. Daha sonra, daha yoğun bir eterik ortam bedeni etkileyecek ve onu daha yoğun bir ortamdan daha az yoğun bir ortama taşıyacaktır. Vücut sürekli olarak altındaki desteği kaybediyor ve uzayda yere doğru "düşüyor" gibi görünüyor.

Serbest düşen bir cismin ekvatordaki ivme değerinin 9,75 m/s 2 olduğu bilinmektedir; bu değer, bu göstergenin Dünya kutuplarındaki 9,81 m/s 2 değerine ulaşan değerinden daha azdır. Bilim adamları bu farkı, Dünya'nın kendi ekseni etrafında günlük dönüşü, Dünya'nın şeklinin küreselden sapması ve yer kayalarının yoğunluğunun heterojen dağılımı ile açıklıyor. Aslında gezegenin yalnızca belirli şekli dikkate alınabilir. Ekvatorda ve kutuplarda yerçekimi ivmesinin değeri üzerinde bir etkisi varsa, diğer her şey çok çok önemsizdir.

Bununla birlikte, Dünya'nın merkezinden en uzak noktaları ekvatorda yer alacak klasik bir küre hayal edersek, yerçekimi ve tezahürünün nedenleri hakkındaki görüşlerimiz iyi bir şekilde doğrulanacaktır. Bu durumda, bu klasik spekülatif kürenin yüzeyinden Dünya yüzeyine kadar kutuplarda 21,3 km'lik bir mesafe oluşur. Bu, gezegenin biraz düzleştirilmiş şekliyle kolayca açıklanabilir. Bu nedenle kutuptaki dünya yüzeyinden dünyanın merkezine olan mesafe ekvatordaki aynı mesafeden daha azdır. Ancak görüşümüze göre, gezegenin kutuplarındaki eterik ortam daha seyrektir ve dolayısıyla çekim alanı daha güçlüdür, bu da serbest düşüşün daha yüksek hızlanmasına yol açar.

Bunun nedeni, daha büyük bir fiziksel bedenin seyrekleştirilmiş bölgesinin başlangıçta başka bir fiziksel bedenin seyrekleştirilmiş eterik bölgesini yakalaması ve ardından daha küçük bir kütleye veya daha az miktarda yoğun etere sahip olan fiziksel bedenin kendisini kendisine yaklaştırmasıdır.

Büyük bir fiziksel bedenin yerçekimi alanına yeni fiziksel bedenler çekerek eterik ortamın gerilimini hafifletmenin imkansız olması nedeniyle, bu durumda kütlesi yalnızca artacak ve sonuç olarak yerçekimi alanı yalnızca artacaktır. genişledikçe bu arzu sürekli devam edecek, Fiziksel cisimlerin yerçekimi sabitliği. Bu nedenle, diğer fiziksel bedenleri kendine çeken bir fiziksel beden, yalnızca kütlesini ve dolayısıyla çekim alanını artıracaktır.

Evrenin eterik uzayında bu süreç, bir gezegenin veya yıldızın yerçekimi kuvvetleri, diğer gezegenlerin ve yıldızların yerçekimi kuvvetlerinin yanı sıra galaksisinin çekirdeği ve Evrenin çekirdeği ile dengelenene kadar gerçekleşecektir. Bu durumda tüm gezegenler veya yıldızlar birbirlerine göre gergin fakat denge halinde olacaktır.

Fiziksel cisimler arasındaki çekim kuvvetleri, bu cisimlerin çekim alanları birbirine temas ettiği andan itibaren kendini göstermeye başlar. Buna dayanarak yerçekiminin gerçekten var olduğuna inanabiliriz. uzun menzilli. Aynı zamanda, yerçekimsel etkileşim neredeyse anında ve elbette herhangi bir graviton veya diğer bilinmeyen parçacıkların katılımı olmadan kendini göstermeye başlar.

Bütün bunlardan şu sonuç çıkıyor Etkileşime giren fiziksel bedenler değildir, ancak bunların yerçekimi alanları etkileşime girer ve deforme olduklarında fiziksel bedenleri birbirine çeker.. Kusura bakmayın ama bu, çekim kuvvetini öne süren saygın I. Newton yasalarının hükümleriyle çelişiyor. kitleler fiziksel bedenler ve bir yüzyıldan fazla bir süredir insanlığa vicdanla hizmet etmiş ve hizmet ediyor!

Durumu bu kadar dramatize etmeyeceğim. Açıklamalarımız çok saygın bilim adamının yasalarını reddetmiyor. Bu yasaların tezahürü sorununa kesinlikle dokunulmadan yalnızca fiziksel özlerini açığa çıkarırlar.

Ve bu tam olarak böyle. Ancak I. Newton yasasına göre her fiziksel cismin kendine ait bir çekim alanı vardır ve diğer fiziksel cisimlerle kütlelerine ve merkezleri arasındaki mesafelere göre etkileşime girer. Aynı zamanda I. Newton, her şeyden önce gezegenlerin ve yıldızların etkileşimini aklında tutuyordu. Bilimsel takipçileri, evrensel çekim yasasının evrenselliğine dayanarak, gezegenlerin ve yıldızların etkileşiminin özelliklerini mekanik olarak herhangi bir fiziksel bedenin etkileşimine aktardı.

Aynı zamanda, gezegenimizde Dünya'nın düzenli olarak herhangi bir fiziksel bedeni çektiği, ancak fiziksel bedenlerin kendilerinin birbirleri için gerçekten çabalamadığı gerçeğini de göz ardı etmediler. Tabii mıknatıslar hariç. Görünüşe göre bilim adamları, bilimsel idili ihlal etmemek ve evrensel çekim yasasını sorgulamamak için, gezegenimizde bizi çevreleyen fiziksel cisimlerin kütlelerinin evrensel ölçekte son derece küçük olduğunu ve bu nedenle yaklaştıklarında yerçekimi kuvvetinin olduğunu öne sürdüler. birbirleri çok çok zayıflar.

Bununla birlikte, herhangi bir maddenin titizlikle cilalanmış fiziksel bedenlerini birbirine çok yakınlaştırmaya çalışabilir, aralarındaki mesafenin varlığını pratik olarak ortadan kaldırabiliriz. Öyle görünüyor ki, yasaya uygun olarak yerçekimi kuvvetleri ortaya çıkmalı ve bölünmez varlıkları ve cüretkar güçleriyle bizi şaşırtmalı. Ama bu olmuyor. Yerçekimi kuvvetleri mütevazı bir şekilde ve çok fazla heyecan duymadan, etkileşim halindeki her fiziksel bedenin en uzak köşesinden çabalarımızı sessizce gözlemliyor. Sorun ne? Bu yapışkan durumdan nasıl çıkılır? Sonuçta kanun var mı? Yemek yemek. Çalışıyor mu? Geçerli. Yani her şey yolunda mı?

Hayır, normal değil. Bu ifadeye sadık kalırsak, yan yana duran birçok nesne bir anda "birbirine yapışır", hayatımızı öyle sorunlarla doldurur ki, insanlık, uzun süre direnmeden, kabus gibi varoluşuna çoktan son vermiş olur.

Bu fiziksel bedenlerin çok küçük olduğuna itiraz edilebilir ve buna değinilebilir. Bu yüzden çekici değiller. Ancak bu pek inandırıcı değil. Neden? Çünkü devasa Tibet dağ silsilesi, Dünya ölçeğinde bile, uzun zaman önce, yanından geçen tüm uçakları sert zirvelerinde toplayacak ve yerçekimi kuvvetlerinin güçlü tezahürü nedeniyle yorulmak bilmez gezginlerin ve dağcıların yukarı çıkmasına izin vermeyecekti. En hafif ekipmanı bile kaldırın. Ve sert Tibet'in yetersiz boyutta, yoğunlukta veya kütlede olduğundan kimsenin şüphelenmesi pek olası değildir.

Ne yapalım? Oldukça şüpheli katsayılar yine "yerçekimi sabiti" şeklindeki her şeye gücü yeten formüllerin taraftarlarının yardımına geldi - tamamen ikna edici olmayan bayan "G", yaklaşık 6.67x10 -11 kg -1 m3 sn -2'ye eşit. I. Newton'un formülünde bu sabitin varlığı, herhangi bir kuvvetin değerini hemen hemen hiçliğe dönüştürdü. Neden bu özel sayı? Bunun nedeni, insanlığın gezegenimizdeki herhangi bir fiziksel bedenin kütlesine ilişkin karşılaştırılabilir göstergeler sağlayamamasıdır. Bu nedenle, bu sabitin değerine bakılırsa, Dünya üzerindeki herhangi bir fiziksel bedenin çekim kuvveti son derece küçük olacaktır. Ve bu, Dünya üzerindeki fiziksel bedenlerin görünür etkileşiminin eksikliğini mükemmel bir şekilde açıklayacaktır.

Neden 10 -11 kg -1? Evet, çünkü istisnasız tüm fiziksel bedenleri çeken (bunu saklamak mümkün olmayan) Dünya'nın kütlesi yaklaşık 6x10 24 kg'dır. Bu nedenle sadece onun için 10 -11 kg -1 kolaylıkla aşılabilir. İşte soruna özgün bir çözüm.(((

Sorunun özünü açıklayamayan bilim adamları, çoğu zaman olduğu gibi, formüle belirli bir sabit değer kattılar; bu, sorunu çözmeden, fiziksel bir sürece veya doğal bir olguya belirli bir sözde bilimsel netlik kazandırmayı mümkün kıldı.

Bu arada, I. Newton'un bununla hiçbir ilgisi yokmuş gibi görünüyordu. Evrensel çekim yasasını geliştirirken yaptığı çalışmalarda herhangi bir çekim sabitinden bahsetmemiştir. Çağdaşları da bundan bahsetmedi. Yerçekimi sabiti ilk kez 19. yüzyılın başında Fransız fizikçi, matematikçi ve tamirci S.D. tarafından evrensel çekim yasasına dahil edildi. Poisson. Ancak tarih, hem hesaplama yönteminin hem de genel kabul görmüş değerlerinin sorumluluğunu üstlenecek tek bir bilim adamı kaydetmemiştir.

Hikaye, 1798'de burulma terazisi kullanarak benzersiz bir deney gerçekleştiren İngiliz fizikçi Henry Cavendish'e atıfta bulunuyor. Ancak G. Cavendish'in deneyini yalnızca Dünya'nın ortalama yoğunluğunu belirlemek amacıyla yaptığını ve herhangi bir çekim sabiti hakkında hiçbir zaman konuşmadığını veya yazmadığını da belirtmek gerekir. Üstelik sayısal değerlerinin hiçbirini hesaplamadım.

Yerçekimi sabitinin sayısal göstergesinin, G. Cavendish'in Dünya'nın ortalama yoğunluğuna ilişkin hesaplamalarına dayanarak çok daha sonra hesaplandığı iddia edildi, ancak bunun kim tarafından ve ne zaman hesaplandığı ve tüm bunların ne için gerekli olduğu bir sır olarak kaldı.

Ve görünüşe göre, insanlığın kafasını tamamen karıştırmak ve bir şekilde çelişkiler ve tutarsızlıklar ormanından çıkmak için, modern bilim dünyasında, birleşik bir metrik ölçü sistemine geçiş kisvesi altında, farklı yerçekimi sabitlerini kabul etmeye zorlandılar. farklı kozmik sistemler için. Bu nedenle, örneğin uyduların Dünya'ya göre yörüngeleri hesaplanırken, GE = 3,98603x10 14 m 3 sn -2 çarpı Dünya kütlesine eşit bir jeosentrik yerçekimi sabiti kullanılır ve göksel uyduların yörüngeleri hesaplanır. Güneş'e göre cisimler için başka bir yerçekimi sabiti kullanılır - güneş merkezli, GS'lere eşit = 1.32718x10 20 m 3 sn -Güneş kütlesinin -2 katı. İlginç bir şekilde ortaya çıkıyor, yasa tek ve evrensel, ancak sabit katsayılar farklı! Bu kadar saygı duyulan bir “kalıcı” nasıl bu kadar şaşırtıcı derecede kalıcı olmayabilir?!!

Peki ne yapmalıyız? Durum umutsuz mu ve bu yüzden bunu kabul etmemiz mi gerekiyor? HAYIR. Sadece temellere dönüp kavramları tanımlamanız gerekiyor. Önemli olan şu ki Dünya gezegeninde var olan her şey ondan geldi, ona ait ve ona girecek. Her şey - dağlar, denizler ve okyanuslar, ağaçlar, evler, fabrikalar, arabalar ve sen ve ben - bunların hepsi Dünya'da çıkarıldı, beslendi, beslendi ve beslendi ve Dünya'dan yaratıldı. Bunların hepsi sadece farklı sanal gerçeklik e yalnızca gezegenimize ait çok sayıda atom ve molekülün değişken kombinasyonları.

Dünya parçacıklardan ve atomlardan yaratılmış olup tamamen bağımsız ve neredeyse tamamen kapalı bir sistemdir. Oluşumu sırasında, gezegenin tek bir çekim alanını oluşturan her parçacık ve her atom, aslında tüm çekim güçlerini ona “aktardı”.

Bu nedenle, Dünya'da, bir zamanlar bu gezegene getirilenleri gezegenden salıvermeden, mevcut tüm dünyevi kaynakları titizlikle koruyan tek bir çekim alanı vardır. Bu nedenle Dünya üzerindeki tüm nesneler ve her şey bağımsız yerçekimi maddeleri değildir ve diğer fiziksel bedenlerle iletişim kurarken yerçekimi yeteneklerini kullanıp kullanmayacağına karar veremez. Bu nedenle, Dünya üzerindeki fiziksel cisimler diğer büyük cisimlere katılarak yukarıya, sola veya sağa değil, yalnızca aşağıya doğru yüzeyine düşer. Bu nedenle, yerçekimi açısından Dünya'daki hiçbir fiziksel beden bağımsız olarak adlandırılamaz.

Peki ya roketler? Bunlara bağımsız fiziksel bedenler denilebilir mi? Onlar burada, Dünya'dayken, hayır, bu imkânsız. Ama eğer Dünya'nın yerçekimini yenerlerse ve gezegenin yerçekimi alanının ötesine geçerlerse, o zaman evet, bu mümkündür. Ancak bu durumda, yerçekimi alanının bireysel kısımlarını yanlarında alarak, Dünya'ya göre bağımsız fiziksel bedenler haline gelebilecekler. Roketin büyüklüğü ve kütlesi kadar Dünya'nın boyutu ve kütlesi azalacak. Yerçekimi alanı da orantılı olarak azalacaktır. Roket ile Dünya arasındaki çekimsel ilişki elbette kesintiye uğrayacak.

Peki ya Dünyamızı sıklıkla ziyaret eden çeşitli meteorlar? Bunlar bağımsız fiziksel bedenler mi, değil mi? Dünyanın çekim alanının dışında oldukları sürece bağımsızdırlar. Ancak gezegenin çekim alanına girdiklerinde, kendilerine ait daha az seyrekleştirilmiş eterik çevreye sahip olarak, Dünya'nın daha seyrekleştirilmiş eterik ortamıyla etkileşime girecekler.

Bununla birlikte, Dünya'nın ve göktaşının yerçekimi alanlarının etkileşimi, boyut olarak neredeyse eşit olan eterik girdap pıhtılarının yerçekimi alanlarının etkileşiminden farklıdır. Bunun nedeni, Dünya'nın ve göktaşının yerçekimi alanlarının boyutlarındaki büyük farktır. Bir göktaşının yerçekimi alanı, Dünya'nın yerçekimi alanıyla etkileşime girdiğinde pratik olarak deforme olmaz, ancak göktaşının geri kalan kısmı Dünya'nın yerçekimi alanı tarafından emilir.

Göktaşının çekim alanı Dünya'nın çekim alanına düşüyor gibi görünüyor, çünkü Dünya yüzeyine yaklaştıkça seyrekleşen eterik ortamı giderek daha da seyrekleşiyor. Ve Dünya'ya ne kadar yakınsa, nadir ortamı o kadar nadir hale gelir ve göktaşı gezegene doğru o kadar hızlı hareket eder. Dünya, seyrekleşmiş ortamını uzaydan gelen beklenmedik bir uzaylıyla değiştirmeye çalışıyor ve bu da yüzeyine çekilen bir göktaşı etkisi yaratıyor.

Dünya yüzeyine ulaşan göktaşı, çekim alanını kaybetmez ve uzaya taşınması durumunda çekim alanıyla birlikte Dünya'yı terk edecektir. Ancak Dünya'da fiziksel bedene olan bağımsızlığını kaybeder. Artık Dünya'ya ait, yerçekimi alanı Dünya'nın çekim alanına ekleniyor ve Dünya'nın kütlesi göktaşının kütlesi kadar artıyor.

Bu nedenle, gezegenlerde yer alan tüm fiziksel cisimlerin yerçekimi açısından bağımsız fiziksel bedenler olamayacağını belirtmek zorunda kalıyoruz. Onların yerçekimsel yetenekleri, yerçekimsel etkileşimin ana jeneratörleri olan gezegenlerin yerçekimsel yetenekleri dahilindedir.

Bu nedenle, evrensel çekim yasası tüm evrensel sistem için kesinlikle adildir ve herhangi bir ek sabit, hatta yerçekimi sabitleri gerektirmez.

Varsayım

Böylece, fiziksel bir bedenin yerçekimi alanı- bu, fiziksel bedenin bir parçası olan ve dönen eterik ortamın fiziksel bedenin kendisinde yoğunlaşmasının bir sonucu olarak ortaya çıkan, eşit olmayan şekilde gergin, seyrekleşmiş bir eterik bölgedir.

Herhangi bir fiziksel bedenin çekim alanı, çevredeki elastik eterik ortamla dengeye ulaşmak için yoğunluğunu artırma eğilimindedir ve diğer fiziksel bedenlerin seyrekleşmiş eterik bölgelerini çeker. Fiziksel cisimlerin çekim alanlarının birbirleriyle etkileşimi, fiziksel cisimlerin çekim etkisi yaratır. Bu etki yerçekimi kuvvetlerinin etkisidir veya bağımsız fiziksel cisimlerin yerçekimsel etkileşimi.

Seyreltilmiş eterik alan, diğer fiziksel bedenlerin eterik ortamının eklenmesi nedeniyle her zaman eterik ortamın başlangıçtaki homojen durumunu yeniden sağlamaya çalışır. Eterik çekim alanında, yine kendi eterik çekim alanına sahip olan ancak daha az kütleye sahip bir fiziksel beden veya başka bir fiziksel beden göründüğünde, ilk fiziksel beden onu "emme" ve kütlelerine bağlı bir kuvvetle tutma eğilimindedir. bu cisimler ve aralarındaki mesafe.

Sonuç olarak, eterik çekim alanında, iki veya daha fazla fiziksel beden ortaya çıktığında, onların yerçekimi süreci etkileşimler, bu da onları birbirlerine yönlendiriyor. Yerçekimi kuvvetleri yalnızca bazı fiziksel cisimleri veya cisimleri diğer cisimlere yaklaştırmak için hareket eder.

Bir kez daha tüm bunların yalnızca ideal koşullar altında, fiziksel bedenlerin gezegenin çekim kuvvetlerinden etkilenmez. Dünya'da, tüm fiziksel cisimlerin çekim alanları, gezegenin tek çekim alanının yalnızca ayrılmaz bir parçasıdır ve birbirleriyle ilişkili olarak kendilerini gösteremezler.

Bu nedenle gezegende fiziksel cisimlerin kendi bireysel çekim alanları yoktur ve yalnızca Dünya ile çekim etkileşimi vardır.

Fiziksel bedenimizi herhangi bir yüksekliğe yükselterek biraz iş yaparız ve belirli bir enerji harcarız. Bazıları, bedeni kaldırarak, onu belirli bir yüksekliğe kaldırmak için harcanan enerjiye eşdeğer enerjiyi ona aktardığımıza inanıyor. Düşerek fiziksel beden bu enerjiyi serbest bırakır.

Ama bu doğru değil.

Ona enerji aktarmıyoruz, ancak enerjimizi Dünya'nın çekim kuvvetinin üstesinden gelmek için harcıyoruz. Dahası, fiziksel bedenin gezegene göre konumunu değiştirerek Dünya'daki olayların olağan akışını bozuyor gibiyiz. Dünya, kendisiyle tutarsız olan bu rezalete haklı olarak tepki verir ve herhangi bir nesneyi yüzeyine geri döndürmeye çalışarak, hemen çekim kuvvetlerini harekete geçirir.

Yerçekimi kuvveti, yükseltilmiş bir cisim üzerinde, bu cisim Dünya üzerindeyken olduğu gibi etki eder, ancak Dünya yüzeyinden uzaklaştıkça büyüklüğü başlangıçtaki yerçekimi kuvvetinden daha az olacaktır. Doğru, bu kuvvetin parametrelerindeki değişikliklerin önemsizliği nedeniyle bunu fark etmek o kadar kolay olmayacak. Bu cismi Dünya'dan 450 kilometre yüksekliğe çıkarırsak, o zaman yer çekimi kuvveti önemli ölçüde azalacak ve vücut ağırlıksız hale gelecektir.

Burada yerçekimiyle tanışıyoruz, yani. İle etkilemek yerçekimsel eterik ortam gezegenimiz fiziksel bedene. Yükseltilmiş vücut, vektörü Dünya'nın merkezine doğru yönlendirilen gezegenin yerçekimi eterik alanındadır. Fiziksel beden Dünya'ya ne kadar yakınsa, etki yerçekimi etkileşimi daha güçlü. Ne kadar uzaksa o kadar az. Bu nedenle, uzak mesafelerde yerçekimsel etkileşim de kendini gösterecektir, ancak bu kadar net değil.

Ancak Dünya'ya düşen fiziksel beden, iki bedenin uzayda etkileşime girmesiyle aynı şekilde onunla etkileşime girer. Dünyanın yerçekimi kuvvetleri vücuda etki eder, onu uzayda hareket ettirerek ölümlü dünyaya geri döndürür.

Vücudu uzun süre etkilersek, onu Dünya'dan giderek daha uzağa taşırsak ve sonunda onu güneş sisteminin dışına çıkarırsak ne olacak? Bu, aralarındaki çekimsel etkileşimin ortadan kalkacağı anlamına mı geliyor? Eğer durum böyleyse, Dünya'nın çekim yeteneklerinin bir kısmını kaybetme ihtimali var mı?

Evet aynen böyle olacak. Dünyanın yerçekimi yeteneklerinin bir kısmı onu fiziksel bedenle birlikte bırakacaktır. Dünya bu cismin kütlesi kadar küçülecek. Ve eğer Dünya'nın kütlesi küçülürse, o zaman yerçekimi gücünün orantılı olarak daha az değişeceği ve bu fiziksel bedenle yerçekimi etkileşiminin ortadan kalkacağı oldukça açıktır.

Ancak Dünya yüzeyine bir göktaşı düşerse, yerçekimi alanı Dünya'nın yerçekimi alanı tarafından "emilecek" ve bağımsızlığını kaybeden kendisi, yerçekimi yeteneklerini orantılı olarak artırarak Dünya'nın bir parçası haline gelecektir.

Bu nedenle, gezegenler ve yıldızlar da dahil olmak üzere daha büyük fiziksel cisimler daha güçlü bir yerçekimine sahiptir ve daha küçük olanları çekerek onları emer. Daha küçük fiziksel cisimleri kendilerine çekerek kütlelerini arttırırlar ve buna bağlı olarak çekim alanlarını arttırırlar. Vücutlar arasında yerçekimsel etkileşim ortaya çıkacaktır.

Yani, gezegenimizdeki herhangi bir fiziksel bedenin etrafında kendi yerçekimi alanı vardır, ancak yalnızca şartlı olarak. Bu çekim alanı Dünya'nın tek çekim alanına girer ve onunla birlikte döner. Bunun nedeni, Dünya'da yaratılan veya uzaydan uçan tüm fiziksel bedenler de dahil olmak üzere herhangi bir fiziksel bedenin halihazırda mevcut olması veya hale gelmekte olmasıdır. gezegenimize ait. Dünyadaki herhangi bir fiziksel beden ondan kaynaklanmıştır ve ona geri dönecektir. Onların yerçekimi alanı, Dünya'nın gezegenin etrafında dönen tek yerçekimi alanının bir parçasıdır. Bu nedenle nesneler birbirine bağlanmak yerine Dünya'ya düşer. Yere paralel hareket etmek yerine düşerler. Buna ek olarak, Dünya'nın yerçekimi yetenekleri, boyutu, hacmi veya yoğunluğu ne olursa olsun, gezegendeki herhangi bir fiziksel cismin yerçekimi yetenekleriyle karşılaştırılamayacak kadar güçlüdür. Bu nedenle, herhangi bir fiziksel beden Everest'e değil Dünya'ya çekilir.

Tüm fiziksel cisimlerin bir çekim alanı vardır, ancak bu yalnızca Dünya'nın genel çekim alanıyla bağlantılı olarak düşünülebilir. Onu Dünya'nın çekim alanından ancak gezegenin çekim alanının sınırlarının ötesinde bir mesafede ayırmak mümkündür. Bu mesafede, bir fiziksel cismin, örneğin bir roketin çekim alanı, tamamen bağımsız olacak ve boyutu ne olursa olsun, fiziksel bedenin etrafında dönecektir.

Bir fiziksel bedenin yüzeyine yakın eterik ortamın dönüş hızının, fiziksel bedenin kendisinin dönüş hızına eşit olduğuna dikkat edilmelidir. Fiziksel bedene göre çevre hareketsizdir. Fiziksel bir bedenin yakınında, yerçekimi kuvveti ondan uzakta olduğundan çok daha yüksektir. Lastik çemberle ilgili deneyimimizi hatırlayalım (Şekil 2). Fiziksel bedenden uzaklaştıkça hem eterik ortamın dönüş hızı hem de yerçekimi azalır.

Aynı zamanda, eterik girdapların ve yerçekimi kuvvetlerinin etkisi altındaki eterin yoğunlaşmasının, fiziksel bedenin çevresinde seyrekleşmiş bir eterik bölgenin ortaya çıkmasına yol açtığını da anlıyoruz. Bu seyrekleştirilmiş eterik bölge daha büyüktür, fiziksel bedende temel eterik parçacıkların bir koleksiyonu şeklinde yoğunlaşan eter miktarı artar - sırasıyla enerji fraksiyonları, fotonlar, nötrinolar, antinötrinolar, pozitronlar, elektronlardan oluşan eterik girdap pıhtıları, protonlar, nötronlar, atomlar, moleküller ve diğer fiziksel cisimler. Örneğin Dünya gezegeninin seyrekleştirilmiş eterik bölgesi hacim olarak Ay'ın seyrekleştirilmiş bölgesinden çok daha büyüktür, çünkü Dünya Ay'dan çok daha büyüktür. Ve her bir seyreltilmiş alan, fiziksel bedende yoğunlaşan eter miktarına karşılık gelir.

Eterik ortamın seyrekleşmiş bölgeleri son derece geniştir. Ölçüleri onlar belirliyor yerçekimi alanları fiziksel bedenler, yani Yerçekimi kuvvetlerinin etki ettiği alanlar. Bu kuvvetlerin eylemleri, fiziksel bedenin seyrekleşmiş bölgesinin dış sınırlarından başlar. Seyreltilmiş bölgenin sınırları fiziksel bedenin merkezinden oldukça uzakta yer aldığından, bu kuvvetler uzun menzilli kuvvetler veya uzun menzilli etkileşim.

İki veya daha fazla fiziksel bedenin seyrekleşmiş bölgeleri temas ettiğinde, her biri karşıtların dengesi yasasına uygun olarak kendi eterik seyrekleşmiş ortamını dengelemeye çalışır, bu da bedenlerin çekilmesine ve bir araya gelmesine yol açar..

Dolayısıyla çeken, fiziksel cisimlerin kütleleri değildir, ancak bu fiziksel cisimlerin yerçekimi alanları birbirleriyle etkileşime girerek fiziksel bedenleri birbirine doğru hareket ettirir..

Üstelik bedenler birbirine ne kadar yakın olursa bu çekim de o kadar belirgin ve yoğun olur. Dolayısıyla örneğin cisimler yere düştüğünde bu düşüşün sabit bir ivmesi vardır. Bu ivmeye yerçekimi ivmesi denir ve yaklaşık 9,806 m/s 2'dir.

Bu ivmenin özü, inceltilmiş ortamın vücuda ne kadar yakınsa, yoğunluğunun o kadar az olması ve dolayısıyla fiziksel bedenin seyrekleştirilmiş eterik ortamını dengeleme arzusu ne kadar güçlü olursa, yerçekimi etkileşiminin kuvvetinin de o kadar güçlü olmasıdır. Bu konuyu zaten daha önce konuşmuştuk. Esnek eterik uzaya sahip seyrekleştirilmiş bir ortamın sınırına yaklaşıldığında bu gerilim azalır ve son olarak sınırda eterik uzayın yoğunluğuna tamamen karşılık gelmeye başlar. Bu durumda fiziksel bedenin çekim etkileşimi tamamen gücünü kaybeder ve bu fiziksel bedenin çekim alanı ortadan kalkar.

Bu, bir roketin fırlatılışının başlangıcından itibaren Dünya'nın yerçekimi kuvvetini yenmek için büyük miktarda enerji harcadığını, ancak uçup gezegenden uzaklaştıkça yörüngeye girdiğini ve neredeyse enerjisini boşa harcamadığını açıklıyor. enerji.

Burada Dünya atmosferinin yoğunluğu ile çekim alanının yoğunluğunun farklı kavramlar olduğunu anlamak gerekir. Dünya atmosferinin yoğunluğu, yüzeyinde yükseklikte olduğundan daha yüksek değerlere sahiptir. Örneğin, dünya yüzeyinde atmosferin yoğunluğu yaklaşık 1,225 kg/m3, 2 kilometre yükseklikte - 1,007 kg/m3 ve 3 km yükseklikte - 0,909 kg/m3'tür. Yükseklik arttıkça atmosferin yoğunluğu azalır.

Ancak herhangi bir fiziksel cismin çekim alanının tam olarak yüzeyinde daha seyrekleştiğini ve bu seyrekleşmenin fiziksel bedenden uzaklaştıkça azaldığını savunuyoruz. Çelişki mi? Hiç de bile. Bu, akıl yürütmemizin doğrulanmasıdır! Gerçek şu ki, seyrekleştirilmiş eterik çekim alanı, gerilimini azaltmak için mümkün olan her şeyi kendi uzayına çekmeye çalışacaktır. Bu nedenle, Dünyanın yerçekimi alanı nitrojen, oksijen, hidrojen vb. moleküllerle doludur. Ek olarak, atmosferde dünya yüzeyine yakın yerlerde yalnızca gaz molekülleri değil, aynı zamanda toz, su, buz kristalleri, deniz tuzu vb. parçacıkları da bulunur. Dünya yüzeyinden ne kadar yüksekteyseniz, yerçekimi alanı o kadar az seyrekleşir, Dünya atmosferinde o kadar az molekül ve parçacık tutabilir ve buna bağlı olarak gezegenin atmosferinin yoğunluğu da o kadar düşük olur. Her şey eşleşiyor. Her şey doğru.

Bu ifadeyi kanıtlamak için Aristoteles'in düşüncelerinden ve G. Galileo ile I. Newton'un deneylerinden alıntı yapıyoruz. Büyük Aristoteles, ağır cisimlerin hafif cisimlere göre yere daha hızlı düştüğünü savunmuş ve bir taş ile kuş tüyünün aynı yükseklikten düşmesi örneğini vermiştir. G. Galileo, Aristoteles'ten farklı olarak düşen nesnelerin hızlarındaki farklılığın nedeninin hava direnci olduğunu öne sürdü. İddiaya göre, önemli ağırlık farkına rağmen neredeyse aynı anda yere ulaşan Pisa Kulesi'nden aynı anda bir tüfek mermisi ve bir topçu çekirdeği düşürdü.

G. Galileo'nun vardığı sonuçları doğrulamak için I. Newton, uzun bir cam tüpten hava pompaladı ve aynı zamanda üstüne bir kuş tüyü ve bir altın para attı. Hem tüy hem de madeni para neredeyse aynı anda tüpün dibine düştü. Daha sonra deneysel olarak hem havada hem de boşlukta cisimlerin yere serbest düşüşünün hızlandığı tespit edildi.

Bununla birlikte, cisimlerin yere serbest düşüşünün hızlanmasının varlığını kaydeden bilim adamları, kendilerini yalnızca bu ivmenin büyüklüğünü oldukça doğru bir şekilde ölçmeyi mümkün kılan bilinen matematiksel bağımlılıkları türetmekle sınırladılar. Ancak bu ivmenin fiziksel özü açıklanmadı.

Bu olgunun fiziksel özünün, Dünya çevresindeki seyrekleşmiş eterik ortamın varlığında yattığına inanıyorum. Üzerine düşen vücut Dünya yüzeyine ne kadar yakınsa, gezegenin eterik ortamı o kadar nadirdir ve vücut yüzeyine o kadar hızlı düşer. Bu, yerçekimi alanlarının doğası ve bunların Evrendeki etkileşimlerinin mekanizması hakkındaki akıl yürütmemizin açık bir teyidi olarak alınabilir.

Elbette, fiziksel cisimlerin kütleçekim alanlarının etkileşimi ve kütlelerinin karşılıklı etkisi hakkındaki açıklamamız, çok saygı duyulan I. Newton'un ve modern bilim camiasının görüşleriyle çelişmektedir. Bununla birlikte, büyük dehaya saygılarımızı sunarak, onun türettiği formülün oldukça gösterge niteliğinde olduğunu ve iki fiziksel cisim arasındaki yerçekimsel etkileşimin kuvvetini haklı olarak hesaplamamıza izin verdiğini açıkça kabul ediyoruz. Ayrıca Newton formülünün bir olgunun sonucunu tanımladığı, ancak onun fiziksel özüne hiç dokunmadığı da kabul edilmelidir.

Böylece, herhangi bir fiziksel bedenin seyrekleştirilmiş eterik bölgesinin, diğer fiziksel bedenlerin diğer seyrekleştirilmiş eterik bölgelerinin çevreye çekilmesi nedeniyle, gergin durumunu azaltarak, çevredeki eterik ortamla denge durumuna geçme yönündeki sürekli arzusunun olduğunu belirledik. eterik seyrekleşme bölgesi ortak bir bölge oluşturur Yerçekiminin veya yerçekimsel etkileşimin fiziksel anlamı.

Herhangi bir fiziksel bedenin kendine ait yerçekimi alanı, ancak bağımsız değildir. Dünya'da olan bu yerçekimi alanı, gezegenin tek bir yerçekimi alanı halinde birleştirilir. Herhangi bir fiziksel cismin çekim alanı yalnızca gezegenin çekim alanının bir parçası olarak düşünülebilir.