Сила гравитационного взаимодействия между двумя телами. Сила гравитационного притяжения. Однородная сила тяжести. Гравитационные силы - это ускорение

Введение

1. Небольшой экскурс в развитии теории гравитации

2. О природе гравитационных сил

3. Особенности гравитационного взаимодействия

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Одна из аксиом современной науки гласит: любые материальные объекты во Вселенной связаны между собой силами всемирного тяготения. Благодаря этим силам формируются и существуют небесные тела – планеты, звезды, галактики и Метагалактика в целом. Форма и структура этих тел и материальных систем, а также относительное движение и взаимодействие определяются динамическим равновесием между силами их тяготения и силами инерции масс.

В течение всей своей жизни человек ощущает силу тяжести своего тела и предметов, которые ему приходится поднимать. Однако еще на полтора века раньше до Ньютона и Гука знаменитый польский ученый Николай Коперник писал о тяготении: «Тяжесть есть не что иное, как естественное стремление, которым отец Вселенной одарил все частицы, а именно соединяться в одно общее целое, образуя тела шаровидной формы». Аналогичные мысли высказывали и другие ученые. Найденные Ньютоном и Гуком формулы закона тяготения позволили с большой точностью рассчитать орбиты планет и создать первую математическую модель Вселенной. Вопрос о том, существует ли окружающий нас мир сам по себе или он является продуктом деятельности разума (принадлежащего некому высшему существу или каждому конкретному индивиду) составляет суть основного вопроса философии, классически формулируемом в виде дилеммы о первичности материи или сознания. Окружающие нас объекты природы имеют внутреннюю структуру, т.е. в свою очередь сами состоят из других объектов, (яблоко состоит из клеток растительной ткани, которая сложена из молекул, являющихся объединениями атомов и т.д.). При этом естественным образом возникают различные по сложности уровни организации материи: космический, планетарный, геологический, биологический, химический, физический.

Влияет или нет распределение всей материи во Вселенной на протекание физических процессов? Существует или нет какая-либо связь между гравитационным взаимодействием и принципом неопределённости? Конечно, в современной физике существуют и другие вопросы, на которые пока нет ответа.

Гравитация есть взаимодействие посредством обмена импульсами между разнонаправлено движущимися материальными системами.

Особенности гравитационного взаимодействия можно понять, изучая динамику наиболее удобной гравитирующей системы, – планеты Земля, основываясь на единстве законов, действующих в любой области физической реальности. Но необходимо изучать динамику Земли как двухполюсной активной (живой) системы, а не монолитной, пусть и слоисто-симметричной, абстрактной математической модели. Такая полярность сил тяготения обусловлена следующими факторами.

1. Универсальностью сил тяготения в природе. В физической реальности не существует иных взаимодействий, кроме гравитационных.

2. Еще в 1936–1937 годах возможность такого распределения плотности была получена Булленом, но расценена как неприемлемая.

3. Однозначным несоответствием прогнозируемых максимальных давлений в центре Земли существующему минимуму силы тяжести – единственной причине (согласно классической физике) возникновения высоких давлений.

4. Показателями разуплотнения внутренних оболочек могут служить избыток реального экваториального вздутия планеты (70 м) и несоответствие нормальных градиентов силы тяжести, соотносимых с разностью экваториального и полярного радиусов.

5. До настоящего времени не зафиксированы поперечные сейсмические волны, прошедшие сквозь внутреннее ядро.

6. Достаточно известные геофизикам оценки физического состояния вещества ядра по расчетам момента инерции пустотелой и сплошной моделей планеты, и сравнение его с данными анализа динамики системы «Земля – Луна» выполнены некорректно.

Хорошо известно, что основная масса Солнечной системы (около 99.8%) приходится на ее единственную звезду – Солнце. Суммарная масса планет составляет только 0.13% от общей. На остальные тела системы (кометы, спутники планет, астероиды и метеоритное вещество) приходится только 0.0003% массы. Из приведенных цифр следует, что законы Кеплера для движения планет в нашей системе должны выполняться очень хорошо.Весьма привлекательная теория совместного происхождения солнца и планет из единого газового облака, сжавшегося под действием гравитационных сил, оказывается в противоречии с наблюдаемым неравномерным распределением вращательного момента (момента импульса) между звездой и планетами.Обсуждаются модели происхождения планет в результате гравитационного захвата Солнцем тел, прилетающих из далекого космоса, эффекты, вызванные взрывом сверхновых. В большинстве «сценариев» развития солнечной системы существование пояса астероидов, так или иначе, связывается с его близким соседством с самой массивной планетой системы.
1. Небольшой экскурс в развитии теории гравитации Первоначально считалось, что Земля неподвижна, а движение небесных тел казалось весьма сложным. Галилей одним из первых высказал предположение о том, что наша планета не является исключением и тоже движется вокруг Солнца. Эта концепция была встречена достаточно враждебно. Тихо Браге решил не принимать участия в дискуссиях, а заняться непосредственными измерениями координат тел на небесной сфере. Позднее данные Тихо попали к Кеплеру, который нашел простое объяснение наблюдаемым сложным траекториям, сформулировав три законов движения планет (и Земли) вокруг Солнца:1. Планеты двигаются по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которых находится Солнце.2. Скорость движения планеты изменяется таким образом, что площади, заметаемые ее радиус-вектором за равные промежутки времени, оказываются равными.3. Периоды обращения планет одной Солнечной системы и большие полуоси их орбит связаны соотношением:Сложное движение планет на «небесной сфере», наблюдаемой с Земли, согласно Кеплеру, возникало вследствие сложения этих планет по эллиптическим орбитам с движением наблюдателя, совершающего вместе с Землей орбитальное движение вокруг солнца и суточное вращение вокруг оси планеты.Прямым доказательством суточного вращения Земли был эксперимент, поставленный Фуко, в котором плоскость колебаний маятника поворачивалась относительно поверхности вращающейся Земли.Законы Кеплера прекрасно описывали наблюдаемое движение планет, но не вскрывали причин, приводящих к такому движению (напр. вполне можно было считать, что причиной движения тел по Кеплеровым орбитам являлась воля какого-либо существа или стремление самих небесных тел к гармонии). Теория гравитации Ньютона указала причину, обусловившую движение космических тел по законам Кеплера, правильно предсказала и объяснила особенности их движения в более сложных случаях, позволила в одних терминах описать многие явления космического и земного масштабов (движение звезд в галактическом скоплении и падение яблока на поверхность Земли).Ньютон нашел правильное выражение для гравитационной силы, возникающей при взаимодействии двух точечных тел (тел, размеры которых малы по сравнению с расстоянием между ними), которое совместно со вторым законом в случае, если масса планеты много меньше массы звезды, приводило к дифференциальному уравнению, допускающему аналитическое решение. Не привлекая каких-либо дополнительных физических идей, чисто математическими методами можно показать, что при соответствующих начальных условиях достаточно малые начальные расстояние до звезды и скорость планеты) космическое тело будет совершать вращение по замкнутой, устойчивой эллиптической орбите в полном согласии с законами Кеплера (в частности второй закон Кеплера является прямым следствием закона сохранения момента импульса, выполняющегося при гравитационных взаимодействиях, поскольку момент силы относительно массивного центра всегда равен нулю). При достаточно высокой начальной скорости (ее значение зависит от массы звезды и начального положения) космическое тело движется по гиперболической траектории, в конце концов, уходя от звезды на бесконечно большое расстояние.Важным свойством закона гравитации является сохранение его математической формы в случае гравитационного взаимодействия неточечных тел в случае сферически-симметричного распределения их масс по объему. При этом роль играет расстояние между центрами этих тел.2. О природе гравитационных сил Сформулированный Ньютоном закон всемирного тяготения относится к фундаментальным законам классического естествознания. Методологической слабостью концепции Ньютона был его отказ обсуждать механизмы, приводящие к возникновению гравитационных сил («Я гипотез не измышляю»). После Ньютона неоднократно предпринимались попытки создания теории гравитации.Подавляющее большинство подходов связано с так называемыми гидродинамическими моделями гравитации, пытающимися объяснить возникновение сил тяготения механическими взаимодействиями массивных тел с промежуточной субстанцией, которой приписывается то или иное название: «эфир», «поток гравитонов», «вакуум» и т.д. Притяжение между телами возникает вследствие разряжения Среды, возникающей либо при ее поглощении массивными телами, либо при экранировке ими ее потоков. Все эти теории имеют общий существенный недостаток: правильно предсказывая зависимость силы от расстояния, они неизбежно приводят к еще одному ненаблюдаемому эффекту: торможению тел, движущихся относительно введенной субстанции.Существенно новый шаг в развитии концепции гравитационного взаимодействия был сделан А. Эйнштейном, создавшим общую теорию относительности.

Ньютон: «Тяготение к Солнцу составляется из тяготения к отдельным частицам его и при удалении от Солнца убывает в точности пропорционально квадратам расстояний даже до орбиты Сатурна, что следует из покоя афелиев планет и даже до крайних афелиев комет, если только эти афелии находятся в покое» . Эта особенность гравитационного взаимодействия, приложенная к условиям внутри тела и приводит к убывающей зависимости гравитационной силы с уменьшением расстояния от центра тела.

Считается, что любое физическое тело во Вселенной имеет свое гравитационное поле. Это гравитационное поле формируется как совокупность гравитационных полей всех частиц, атомов и молекул, из которых состоит это физическое тело. В зависимости от массы, плотности и других характеристик физического тела гравитационное поле одних физических тел отлично от других. Крупные физические тела обладают более сильным и обширным гравитационным полем и способны притягивать к себе другие, более мелкие физические тела. Значение силы их взаимного притяжения друг к другу определяется законом всемирного тяготения И. Ньютона — гравитацией. Это относится и к любому физическому телу во Вселенной.

Так в чем же заключается физический смысл гравитации физических тел? О чем не успел нам поведать великий гений — И. Ньютон?

Попробуем внести ясность в этот вопрос. В своей теории И. Ньютон рассматривал не частицы, а, прежде всего, планеты и звезды. Мы же, прежде чем перейти к рассмотрению гравитационных взаимодействий между планетами и звездами во Вселенной, уже имея представление о гравитационном взаимодействии частиц, попробуем разобраться в гравитационном взаимодействии между физическими телами на Земле и понять в чем же заключается общий физический смысл гравитации.

Предположение

Полагаю, что физический смысл гравитации в общем виде состоит в постоянном стремлении разреженной эфирной области физического тела перейти в равновесное состояние с окружающей эфирной средой, уменьшая свое напряженное состояние, за счет притяжения других разреженных эфирных областей других физических тел в область своего эфирного разрежения .

Если рассматривать гравитационное взаимодействие нашей планеты и любого другого физического тела, поднятого над землёй или попавшего к нам из космоса, то можно констатировать, что любое другое физическое тело всегда падает на поверхность Земли. Обычно, в этом случае мы говорим, что Земля, благодаря гравитации, притягивает к себе физические тела. Однако, понять и объяснить механизм этого притяжения пока никто не сумел.

Вместе с тем, физическая сущность этого загадочного явления объясняется тем, что разреженная эфирная среда у поверхности земли более разрежена, чем на расстоянии от неё. Другими словами, гравитационное поле и сила притяжения Земли у её поверхности проявляется более мощно, чем на расстоянии от планеты. Заметим, что речь идёт только об эфирной среде, а не об атмосфере Земли, в которой находятся атомы, молекулы и мельчайшие частички различных химических веществ. Именно наполнение эфирной среды этими химическими субстанциями придают разреженной эфирной среде в атмосфере Земли дополнительную плотность.

Сама же эфирная среда составляет не только атмосферу Земли. Она совершенно беспрепятственно пронизывает и всё тело планеты. Все частицы, входящие в состав всего, что имеется на Земле и из чего она состоит, включая её атмосферу, кору, мантию и ядро, вращаются в эфирном вихре, который не останавливается вот уже много миллиардов лет. При этом, вращение планеты, как впрочем и вращение всех планет и звёзд во Вселенной, обеспечивается воздействием их эфирных вихрей. Эфирная среда Земли вращается согласовано с ней и её атмосферой.

Разреженность эфирной среды зависит только от расстояния до центра Земли и не зависит от плотности земной коры или мантии. Поэтому показатели силы притяжения Земли также зависят не от плотности горных пород, воды или воздуха, а только от того на каком расстоянии от центра планеты мы производим измерение этой силы.

Доказать это достаточно просто, используя данные гравитационного ускорения физических тел (ускорения свободного падения) на различных расстояниях от поверхности планеты. Например, на поверхности земли оно будет равно 9,806 м/сек 2 , на высоте 5 км - 9,791 м/сек 2 , на высоте 10 км - 9,775 м/сек 2 , 100 км - 9,505 м/сек 2 , 1000км - 7,36 м/сек 2 ,

10 000 км - 1,5 м/сек 2 , а на высоте 400 000 км - 0,002 м/сек 2 .

Эти данные говорят о том, что с увеличением расстояния от центра Земли увеличивается и плотность эфирной среды, что ведёт к уменьшению ускорения свободного падения и силы притяжения Земли.

Ближе к центру планеты разреженность эфирной среды увеличивается. Увеличение разреженности эфирной среды предопределяет увеличение гравитационного ускорения, а, следовательно, и веса тела. Это подтверждает наше понимание физической сущности гравитации, как таковой.

При попадании какого-либо другого физического тела в гравитационное поле планеты, оно оказывается в положении, когда эфирная среда над падающим телом всегда более плотная, чем эфирная среда под этим телом. Тогда, более плотная эфирная среда будет воздействовать на тело, перемещая его из более плотной среды - в менее плотную. Тело, словно, постоянно теряет опору под собой и «проваливается» в пространстве по направлению к земле.

Известно, что значение показателя ускорения свободного падения тела на экваторе составляет 9,75 м/сек 2 , что меньше значения этого показателя на полюсах Земли, которое достигает 9,81 м/сек 2 . Учёные объясняют эту разницу суточным вращением Земли вокруг своей оси, отклонением формы Земли от сферической и неоднородным распределением плотности земных пород. На самом деле, можно принять во внимание только специфическую форму планеты. Всё остальное, если и имеет своё влияние на значение показателей ускорения свободного падения на экваторе и на полюсах, то очень и очень незначительное.

Однако, наши взгляды на гравитацию и причины её проявления получат хорошее подтверждение, если мы представим себе классическую сферу, самые удалённые точки которой от центра Земли будут находится на экваторе. В этом случае, на полюсах от поверхности этой классической умозрительной сферы до поверхности Земли образуется расстояние равное 21.3 км. Это легко объясняется несколько приплюснутой формой планеты. Поэтому расстояние от поверхности земли на полюсе до центра Земли меньше, чем то же расстояние на экваторе. Но тогда, в соответствии с нашими взглядами эфирная среда на полюсах планеты более разрежена и, следовательно, её гравитационное поле более мощное, что и приводит к более высоким показателям по ускорению свободного падения.

Это происходит потому, что разреженная область более массивного физического тела первоначально захватывает разреженную эфирную область другого физического тела, а, затем, приближает к себе и само физическое тело, которое имеет меньшую массу или меньшее количество уплотненного эфира.

Ввиду того, что снять напряжение эфирной среды привлечением новых физических тел в гравитационное поле массивного физического тела невозможно, так как в этом случае его масса будет только увеличиваться, а, следовательно, гравитационное поле только расширяться, то это стремление будет длиться постоянно, обеспечивая гравитационное постоянство физических тел. Поэтому физическое тело, привлекая к себе другие физические тела, будет лишь увеличивать свою массу, а, следовательно, и свое гравитационное поле.

В эфирном пространстве Вселенной этот процесс будет происходить до того момента, пока гравитационные силы одной планеты или звезды не уравновесятся с гравитационными силами других планет и звезд, а также с ядром своей галактики и ядром Вселенной. При этом, все планеты или звезды будут находиться в напряженном, но равновесном состоянии по отношению друг к другу.

Силы гравитации между физическими телами начинают проявляться с момента соприкосновения гравитационных полей этих тел. Исходя из этого, можно полагать, что гравитация, действительно, обладает дальнодействием . При этом, гравитационное взаимодействие начинает проявляться практически мгновенно и, конечно же, без всякого участия каких-либо гравитонов или других непонятных частиц.

Из всего этого следует, что взаимодействуют не физические тела, а взаимодействуют их гравитационные поля, которые деформируясь, притягивают физические тела друг к другу . Позвольте, но ведь это противоречит положениям законов уважаемого И. Ньютона, которые постулируют силу притяжения масс физических тел и которые добросовестно служили и служат человечеству уже не одно столетие!

Не стал бы так драматизировать ситуацию. Наши утверждения не отвергают законы глубокоуважаемого ученого. Они лишь раскрывают их физическую сущность, оставляя вопрос проявления этих законов абсолютно нетронутым.

И это, именно, так. Но по закону И. Ньютона любое физическое тело имеет свое гравитационное поле и взаимодействует с другими физическими телами в соответствии с их массами и расстояниями между их центрами. При этом, И. Ньютон, прежде всего, имел ввиду взаимодействие планет и звезд. Его научные последователи механически перенесли особенности взаимодействия планет и звезд на взаимодействие любых физических тел, исходя из универсальности закона всемирного тяготения.

Вместе с тем, мимо их внимания не прошел тот факт, что на нашей планете, Земля исправно притягивает любые физические тела, но сами физические тела не очень-то стремятся друг к другу. За исключением, конечно, магнитов. Видимо, чтобы не нарушать научной идиллии и не ставить под сомнение закон всемирного тяготения ученые постулировали, что массы окружающих нас физических тел на нашей планете во вселенском масштабе чрезвычайно малы и поэтому сила гравитации при их приближении друг к другу проявляется очень и очень слабо.

Однако, мы можем попробовать вплотную приблизить добросовестно отполированные физические тела из любого вещества друг к другу, практически исключив наличие расстояния между ними. Казалось бы, что в соответствии с законом, силы гравитации должны вырваться наружу и удивить нас своим безраздельным присутствием и удалой мощью. Но этого не происходит. Силы гравитации скромно и без особого энтузиазма тихо наблюдают за нашими усилиями из самого отдаленного уголка каждого взаимодействующего физического тела. В чем же дело? Как выходить из этого щекотливого положения. Ведь, закон есть? Есть. Действует? Действует. Значит, все нормально?!

Нет, не нормально. Если придерживаться этого утверждения, то многие предметы, расположенные рядом друг с другом, «слиплись» бы в одно мгновение, наполнив нашу жизнь такими проблемами, что человечество, недолго сопротивляясь, давно бы прекратило свое кошмарное существование.

Можно возразить и сослаться на то, что эти физические тела очень малы. Поэтому они и не притягиваются. Но это не очень убедительно. Почему? Потому что огромный, даже в масштабе Земли, тибетский горный массив давно бы уже собрал на своих суровых вершинах все пролетающие мимо самолеты и не позволил бы неутомимым путешественникам и альпинистам, ввиду мощного проявления своих гравитационных сил, поднять даже самую легкую амуницию. И вряд ли, кто-нибудь может заподозрить суровый Тибет в недостаточности размеров, плотности или массы.

Что же делать? На помощь приверженцам всемогущих формул опять пришли достаточно сомнительные коэффициенты в образе «гравитационной постоянной» — не совсем убедительной госпожи «G», равной примерно 6,67х10 -11 кг -1 м 3 сек -2 . Наличие этой постоянной в формуле И. Ньютона немедленно превращало значение любой силы практически в ничто. Почему именно эта цифра? Просто потому, что сопоставимых с ней показателей массы какого-либо физического тела на нашей планете человечество предоставить просто не может. Поэтому, судя по значению этой постоянной, сила притяжения любых физических тел на Земле будет чрезвычайно мала. И это будет прекрасно объяснять отсутствие видимого взаимодействия физических тел на Земле.

А почему 10 -11 кг -1 ? Да, потому что масса Земли, которая уж совершенно точно притягивает к себе все физические тела без исключения (скрыть это не представляется возможным) составляет примерно 6х10 24 кг. Поэтому только для нее 10 -11 кг -1 легко преодолимо. Вот такое оригинальное решение вопроса.(((

Не сумев объяснить суть проблемы ученые мужи, как часто это бывает, ввели в формулу некую постоянную величину, которая не решая проблемы, позволяла придать физическому процессу или природному явлению некую околонаучную ясность.

Кстати, И. Ньютон к этому, похоже, не имел никакого отношения. В своих работах при разработке закона всемирного тяготения он никогда не упоминал ни о какой гравитационной постоянной. Не упоминали о ней и его современники. Впервые гравитационная постоянная была введена в закон всемирного тяготения лишь в начале ХIХ века французским физиком, математиком и механиком С.Д. Пуассоном. Однако, история не зафиксировала ни одного ученого, который бы взял на себя ответственность и за методику ее вычисления, и за ее общепринятые значения.

История ссылается на английского физика Генри Кавендиша, который в 1798 году поставил уникальный эксперимент с использованием крутильных весов. Но следует заметить, что Г. Кавендиш ставил свой эксперимент лишь с целью определения средней плотности Земли и ни о какой гравитационной постоянной он никогда не говорил и не писал. Тем более, не рассчитывал никаких численных ее значений.

Численный показатель гравитационной постоянной, якобы, был вычислен гораздо позже на основе расчетов Г. Кавендиша средней плотности Земли, но кто и когда его вычислил так и осталось тайной, как и то, для чего все это было нужно.

И, видимо, чтобы совсем запутать человечество и хоть как-то выбраться из леса противоречий и нестыковок, в современном научном мире были вынуждены под видом перехода к единой метрической системе мер принять различные гравитационные постоянные для различных космических систем. Так при расчете орбит, например, спутников относительно Земли используется геоцентрическая гравитационная постоянная равная GE =3,98603х10 14 м 3 сек -2 умноженная на массу Земли, а для вычисления орбит небесных тел относительно Солнца применяют уже другую гравитационную постоянную — гелиоцентрическую, равную GSs =1,32718х10 20 м 3 сек -2 умноженную на массу Солнца. Интересно получается, закон один и универсален, а постоянные коэффициенты — разные! Разве может такая уважаемая «постоянная» быть столь удивительно не постоянной?!!

Так как же быть? Ситуация безвыходная и поэтому надо смириться? Нет. Нужно лишь вернуться к основам и определиться с понятиями. Дело в том, что все, что существует на планете Земля, из нее вышло, является ее принадлежностью и в нее и войдет . Все -горы, моря и океаны, деревья, дома, заводы, машины, да и мы с вами — все это добыто, взращено, воспитано и вскормлено на Земле и из Земли создано. Все это только различные вре менные комбинации огромного количества атомов и молекул, которые являются принадлежностью только нашей планеты.

Земля была создана из частиц и атомов и представляет собой вполне самостоятельную и практически полностью замкнутую систему. При ее формировании каждая частица и каждый атом, создавая единое гравитационное поле планеты, по сути, «передали» ей все свои гравитационные полномочия.

Поэтому на Земле существует единое гравитационное поле, которое добросовестно стоит на страже всех имеющихся земных ресурсов, не выпуская с планеты то, что когда-то было на эту планету привнесено. Поэтому все предметы и всё, что имеется на Земле, не являются самостоятельными гравитационными субстанциями и не могут решать — использовать или не использовать свои гравитационные возможности при общении с другими физическими телами. Поэтому физические тела на Земле падают только вниз, на ее поверхность, а не вверх, влево или вправо, присоединяясь к другим массивным телам. Поэтому никакое физическое тело на Земле, с точки зрения гравитации, нельзя назвать самостоятельным.

А как же ракеты? Можно ли их назвать самостоятельными физическими телами? Пока они находятся здесь на Земле — нет, нельзя. Но если они преодолеют притяжение Земли и выйдут за пределы гравитационного поля планеты, то — да, можно. Только в этом случае они смогут по отношению к Земле стать самостоятельными физическими телами, забирая с собой свою индивидуальную часть гравитационного поля. Земля уменьшится в размерах и в своей массе на размер и массу ракеты. Пропорционально уменьшится и ее гравитационное поле. Гравитационные отношения между ракетой и Землей, конечно же, прервутся.

А различные метеориты, которые достаточно часто посещают нашу Землю? Они - самостоятельные физические тела или нет? Пока они находятся вне гравитационного поля Земли - они самостоятельны. Но при вхождении их в гравитационное поле планеты они, имея менее разреженную собственную эфирную среду, будут взаимодействовать с более разреженной эфирной средой Земли.

Однако, взаимодействие гравитационных полей Земли и метеорита отличается от взаимодействия практически равных друг другу по размерам гравитационных полей эфирных вихревых сгустков. Это обусловлено огромной разницей в размерах гравитационных полей Земли и метеорита. Гравитационное поле метеорита при взаимодействии с гравитационным полем Земли практически не деформируется, а, оставаясь принадлежностью метеорита, поглощается гравитационным полем Земли.

Гравитационное поле метеорита словно проваливается в гравитационное поле Земли, так как по мере приближения к поверхности Земли, её разреженная эфирная среда становится всё более разреженной. И чем ближе к Земле, тем её разреженная среда всё более разрежена и тем быстрее метеорит движется навстречу планете. Земля стремится заместить свою разреженную среду неожиданным пришельцем из космоса, создавая эффект притяжения метеорита к своей поверхности.

Достигнув поверхности Земли, метеорит не теряет своего гравитационного поля и в случае своей транспортировки в космическое пространство, он покинет Землю со своим гравитационным полем. Но на Земле он теряет свою самостоятельность физического тела. Теперь он является принадлежностью Земли, его гравитационное поле суммируется с гравитационным полем Земли, а масса Земли увеличивается на массу метеорита.

Поэтому мы вынуждены констатировать, что, находясь на планетах, все физические тела с гравитационной точки зрения не могут быть самостоятельными физическими телами. Их гравитационные возможности находятся в пределах гравитационных возможностей планет, которые являются главными генераторами гравитационного взаимодействия.

Поэтому закон всемирного тяготения абсолютно справедлив ко всей вселенской системе и не требует никаких дополнительных постоянных, пусть даже и гравитационных.

Предположение

Таким образом, гравитационное поле физического тела — это неравномерно напряженная разреженная эфирная область, являющаяся принадлежностью физического тела и возникшая вследствие концентрации вращающейся эфирной среды в самом физическом теле.

Гравитационное поле любого физического тела для достижения равновесия с окружающей упругой эфирной средой стремится к увеличению своей плотности, притягивая к себе разреженные эфирные области других физических тел. Взаимодействие гравитационных полей физических тел друг с другом создают эффект притяжения физических тел. Этот эффект представляет собой действие сил гравитации или гравитационное взаимодействие самостоятельных физических тел .

Разреженное эфирное пространство всегда стремится к восстановлению начального однородного состояния эфирной среды за счет присоединения эфирной среды других физических тел. При появлении в эфирном гравитационном поле физического тела, какого-либо другого физического тела, также обладающего своим эфирным гравитационным полем, но меньшей массой, первое физическое тело стремится «поглотить» его и удерживать его с силой, зависящей от масс этих тел и расстояния между ними.

Следовательно, в эфирном гравитационном поле при появлении в нем двух или нескольких физических тел возникает процесс их гравитационного взаимодействия, который направляет их друг к другу. Гравитационные силы действуют только для приближения одних физических тел или тела — к другим телам .

Еще раз вынужден признать, что все это возможно только в идеальных условиях, когда физические тела не находятся под влиянием гравитационных сил планеты . На Земле гравитационные поля всех физических тел являются лишь составной частью единого гравитационного поля планеты и не могут проявляться в отношении друг друга.

Поэтому на планете физические тела не имеют своего индивидуального гравитационного поля и имеют гравитационное взаимодействие только с Землей.

Приподнимая физическое тело на какую-либо высоту, мы совершаем какую-то работу и затрачиваем определенную энергию. Некоторые считают, что, подняв тело, мы передаем ему энергию, эквивалентную энергии, затраченной на его подъем на определенную высоту. Падая, физическое тело освобождает эту энергию.

Но это не так.

Мы не передаем ему энергию, а затрачиваем свою энергию на преодоление гравитационной силы Земли. Более того, мы, словно, нарушаем привычных ход событий на Земле, изменяя местоположение физического тела относительно планеты. Земля справедливо реагирует на это несогласованное с ней безобразие и стремится вернуть любой предмет на свою поверхность, немедленно включая свои гравитационные силы.

Гравитационная сила действует на поднятое тело так же, как при нахождении этого тела на Земле, но с увеличением расстояния от поверхности Земли ее величина будет меньше первоначальной силы гравитации. Правда, заметить ее будет не так просто ввиду незначительности изменений параметров этой силы. Если же мы поднимем это тело на высоту 450 километров над Землей, то сила гравитации уменьшится значительно и тело будет находиться в состоянии невесомости.

Здесь мы встречаемся с гравитацией, т.е. с воздействием гравитационной эфирной среды нашей планеты на физическое тело. Поднятое тело находится в гравитационном эфирном поле планеты, вектор которого направлен к центру Земли. Чем ближе физическое тело находится к Земле, тем эффект гравитационного взаимодействия сильнее. Чем дальше, тем меньше. Поэтому на дальних расстояниях гравитационное взаимодействие тоже будет проявляться, но не так явно.

Но, падая на Землю, физическое тело взаимодействует с ней так, как взаимодействуют два тела в пространстве. Гравитационные силы Земли воздействуют на тело, перемещают его в пространстве, возвращая его на бренную землю.

Что же произойдет если мы будем воздействовать на тело длительное время, перемещая все дальше и дальше от Земли, и, наконец, выведем его за пределы Солнечной системы? Значит ли это, что гравитационное взаимодействие между ними исчезнет? Если это так, то существует ли вероятность того, что, при этом, Земля потеряет часть своих гравитационных возможностей?

Да, именно так это и произойдет. Часть гравитационных возможностей Земли покинет ее вместе с физическим телом. Земля станет меньше на величину массы этого тела. А если масса Земли станет меньше, то, вполне очевидно, что и ее гравитационная мощь пропорционально изменится в меньшую строну, а ее гравитационное взаимодействие с этим физическим телом исчезнет.

Но если на поверхность Земли упадет метеорит, то его гравитационное поле «поглотится» гравитационным полем Земли, а сам он, потеряв самостоятельность, станет частью Земли, пропорционально увеличив ее гравитационные возможности.

Поэтому более крупные физические тела, включая планеты и звезды, имеют более сильную гравитацию и притягивают к себе более мелкие, поглощая их. Притянув к себе более мелкие физические тела, они увеличивают свою массу и, соответственно, увеличивают свое гравитационное поле. Между телами будет возникать гравитационное взаимодействие.

Итак, вокруг любого физического тела на нашей планете имеется свое гравитационное поле, но только условно. Это гравитационное поле входит в единое гравитационное поле Земли и вращается вместе с ним. Это обусловлено тем, что любое физическое тело, включая все физические тела, созданные на Земле или прилетевшие из космоса, уже являются или становятся принадлежностью нашей планеты . Любое физическое тело на Земле произошло из нее и в нее и возвратится. Их гравитационное поле — часть единого гравитационного поля Земли, которое вращается вокруг планеты. Поэтому предметы падают на Землю, а не присоединяются друг к другу. Они падают вниз, а не перемещаются параллельно земле. Кроме того, гравитационные возможности Земли несопоставимо более мощные, чем гравитационные возможности любого имеющегося на планете физического тела, какой бы оно не имело размер, объем или плотность. Поэтому любое физическое тело притягивается к Земле, а не к Эвересту.

Гравитационное поле имеется у всех физических тел, но рассматривать его можно лишь в совокупности с общим гравитационным полем Земли. Отделить его от гравитационного поля Земли возможно лишь на расстоянии, находящемся за границами гравитационного поля планеты. На этом расстоянии гравитационное поле физического тела, например, ракеты будет вполне самостоятельно и будет вращаться вокруг физического тела, каких бы размеров оно не было.

Необходимо отметить, что, скорость вращения эфирной среды вблизи поверхности физического тела равна скорости вращения самого физического тела. По отношению к физическому телу окружающая среда является неподвижной. Вблизи физического тела сила гравитации значительно выше, чем в удалении от него. Вспомним наш опыт с резиновым кругом (рис.2). По мере удаления от физического тела уменьшается и скорость вращения эфирной среды, и гравитация.

Вместе с тем, мы понимаем, что концентрация эфира под действием эфирных вихрей и сил гравитации приводит к возникновению разреженной эфирной области вокруг физического тела. Эта разреженная эфирная область тем больше, чем большее количество эфира сосредоточено в физическом теле в виде совокупности фундаментальных эфирных частиц — эфирных вихревых сгустков, из которых соответственно состоят энергетические фракции, фотоны, нейтрино, антинейтрино, позитроны, электроны, протоны, нейтроны, атомы, молекулы и другие физические тела. Разреженная эфирная область, например, планеты Земля по объему гораздо больше разреженной области Луны, так как Земля значительно больше Луны. И каждая разреженная область соответствует количеству эфира сосредоточенному в физическом теле.

Разреженные области эфирной среды чрезвычайно обширны. Они определяют размеры гравитационных полей физических тел, т.е. те области в которых действуют силы гравитации. Действия этих сил начинаются от внешних границ разреженной области физического тела. Так как границы разреженной области находятся достаточно далеко от центра физического тела, эти силы можно характеризовать как дальнодействующие силы или дальнодействующее взаимодействие .

При соприкосновении разреженных областей двух или более физических тел, каждое из них, в соответствии с законом равновесия противоположностей стремится уравновесить свою эфирную разреженную среду, что приводит к притягиванию и сближению тел .

Таким образом, притягивают не массы физических тел, а взаимодействуют друг с другом гравитационные поля этих физических тел, перемещая физические тела навстречу друг к другу .

При этом, чем ближе тела находятся друг к другу, тем это притяжение происходит более выражено и интенсивно. Поэтому при падении, к примеру, тел на землю происходит постоянное ускорение этого падения. Это ускорение получило название ускорения свободного падения и равно примерно 9,806 м/сек 2 .

Суть этого ускорения заключается в том, что чем ближе к телу находится разреженная среда, тем она менее плотная и, следовательно, тем сильнее стремление физического тела уравновесить свою разреженную эфирную среду, тем мощнее сила гравитационного взаимодействия. Мы об этом уже говорили ранее. С приближением к границе разреженной среды с упругим эфирным пространством это напряжение снижается и, наконец, на границе начинает полностью соответствовать плотности эфирного пространства. В этом случае, гравитационное взаимодействие физического тела полностью теряет свою силу, а гравитационное поле данного физического тела исчезает.

Это объясняет тот факт, что ракета с начала своего старта затрачивает огромное количество энергии на преодоление силы притяжения Земли, но по мере своего полета и удаления от планеты она выходит на орбиту и практически не растрачивает свою энергию.

Здесь необходимо понимать, что плотность атмосферы Земли и плотность ее гравитационного поля — это разные понятия. Показатели плотности атмосферы Земли имеют более высокие значения у ее поверхности, чем на высоте. Например, на поверхности земли плотность атмосферы примерно равна 1,225 кг/м 3 , на высоте 2 километра — 1,007 кг/м 3 , а на высоте 3 км — 0,909 кг/ м 3 т.е. с увеличением высоты плотность атмосферы уменьшается.

Но мы утверждаем, что гравитационное поле любого физического тела более разрежено именно у его поверхности и это разрежение уменьшается с увеличением расстояния от физического тела. Противоречие? Вовсе нет. Это — подтверждение наших рассуждений! Дело в том, что разреженное эфирное гравитационное поле будет стремиться втягивать в свое пространство все, что только возможно для снижения своей напряженности. Поэтому гравитационное поле Земли наполнено молекулами азота, кислорода, водорода и т.д. Кроме того, у поверхности земли в атмосфере находятся не только молекулы газов, но и частички пыли, воды, кристаллы льда, морской соли и проч. Чем выше от поверхности Земли, тем меньше разрежено гравитационное поле, тем меньше молекул и частиц оно может удерживать в атмосфере Земли, тем, соответственно, ниже плотность атмосферы планеты. Все соответствует. Все правильно.

В доказательство этого утверждения приведём размышления Аристотеля и опыты Г. Галилея и И. Ньютона. Великий Аристотель утверждал, что более тяжёлые тела падают на землю быстрее лёгких тел и приводил пример падающих с одной высоты камня и птичьего пера. В отличие от Аристотеля Г. Галилей предположил, что причиной разницы скоростей падения предметов является сопротивление воздуха. Как утверждают, он одновременно сбрасывал с Пизанской башни ружейную пулю и артиллерийское ядро, которые достигали земли также практически одновременно, несмотря на существенную разницу в весе.

В подтверждение умозаключений Г. Галилея, И. Ньютон выкачал воздух из длинной стеклянной трубки и одновременно бросил сверху птичье перо и золотую монету. И перо, и монета практически одновременно падали на дно трубки. В дальнейшем, было экспериментально установлено, что и в воздухе, и в вакууме происходило ускорение свободного падения тел на землю.

Однако, учёные, зафиксировав наличие ускорения свободного падения тел на землю, ограничились лишь выведением известных математических зависимостей, которые позволяют достаточно точно измерять величину этого ускорения. Но физическая сущность этого ускорения осталась не раскрытой.

Полагаю, что физическая сущность этого явления заключается в наличии разреженной эфирной среды вокруг Земли. Чем ближе от поверхности Земли находится падающее на неё тело, тем более разрежена эфирная среда планеты и тем быстрее тело падает на её поверхность. Это вполне можно принять как явное подтверждение наших рассуждений о природе гравитационных полей и механизме их взаимодействий во Вселенной.

Безусловно, наше утверждение о взаимодействии гравитационных полей физических тел, а не о взаимовлиянии их масс, противоречит взглядам глубокоуважаемого И. Ньютона и современного научного сообщества. Однако, отдавая дань великому гению, мы однозначно признаем тот факт, что выведенная им формула вполне показательна и совершенно справедливо позволяет рассчитывать силу гравитационного взаимодействия двух физических тел. Следует признать и то, что ньютоновская формула описывает следствие явления, но совершенно не касается его физической сущности.

Таким образом, мы определили, что постоянное стремление разреженной эфирной области любого физического тела перейти в равновесное состояние с окружающей эфирной средой, уменьшая свое напряженное состояние, за счет притяжения других разреженных эфирных областей других физических тел в область своего эфирного разрежениясоставляют общий физический смысл гравитации или гравитационного взаимодействия.

Любое физическое тело имеет свое гравитационное поле , но оно не самостоятельно. Находясь на Земле, это гравитационное поле объединено в единое гравитационное поле планеты. Гравитационное поле любого физического тела можно рассматривать только как часть гравитационного поля планеты.

1. Введение

Все весомые тела взаимно испытывают тяготение, эта сила обуславливает движение планет вокруг солнца и спутников вокруг планет. Теория гравитации - теория созданная Ньютоном, стояла у колыбели современной науки. Другая теория гравитации, разработанная Эйнштейном, является величайшим достижением теоретической физики 20 века. В течении столетий развития человечества люди наблюдали явление взаимного притяжения тел и измеряли его величину; они пытались поставить это явление себе на службу, превзойти его влияние, и наконец, уже в самое последнее время рассчитывать его с чрезвычайной точностью во время первых шагов вглубь Вселенной.

Необозримая сложность окружающих нас тел обусловлена прежде всего такой многоступенчатой структурой, конечные элементы которой - элементарные частицы - обладают сравнительно небольшим числом видов взаимодействия. Но эти виды взаимодействия резко отличаются по своей силе. Частицы, образующие атомные ядра, связаны между собой самыми могучими из всех известных нам сил; для того чтобы отделить эти частицы друг от друга, необходимо затратить колоссальное количество энергии. Электроны в атоме связаны с ядром электромагнитными силами; достаточно сообщить им весьма скромную энергию, (как правило, достаточно энергии химической реакции) как электроны уже отделяются от ядра. Если говорить об элементарных частицах и атомах, то для них самым слабым взаимодействием является гравитационное взаимодействие.

При сопоставлении с взаимодействием элементарных частиц гравитационные силы настолько слабы, что это трудно себе представить. Тем не менее они и только они полностью регулируют движение небесных тел. Это происходит потому, что тяготение сочетает в себе две особенности, из-за которых его действие усиливается, когда мы переходим к крупным телам. В отличие от атомного взаимодействия, силы гравитационного притяжения ощутимы и на больших удаленьях от созидающих их тел. Кроме того гравитационные силы - это всегда силы притяжения, то есть тела всегда притягиваются друг к другу.

Развитие теории гравитации произошло в самом начале `становления современной науки на примере взаимодействия небесных тел. Задачу облегчило то, что небесные тела движутся в вакууме мирового пространства без побочного влияния других сил. Блестящие астрономы - Галилей и Кеплер - подготовили своими трудами почву для дальнейших открытий в этой области. В дальнейшем великий Ньютон сумел придумать целостную теорию и придать ей математическую форму.

2. Ньютон и его предшественники

Среди всех сил, которые существуют в природе, сила тяготения отличается прежде всего тем, что проявляется повсюду. Все тела обладают массой, которая определяется как отношение силы, приложенной к телу, к ускорению, которое приобретает под действием этой силы тело. Сила притяжения, действующая между любыми двумя телами, зависит от масс обоих тел; она пропорциональна произведению масс рассматриваемых тел. Кроме того, сила тяготения характеризуется тем, что она подчиняется закону обратной пропорциональности квадрату расстояния. Другие силы могут зависеть от расстояния совсем иначе; известно немало таких сил.

Один аспект всемирного тяготения - удивительная двойственная роль, которую играет масса, - послужила краеугольным камнем для построения общей теории относительности. Согласно второму закону Ньютона масса является характеристикой всякого тела, которая показывает, как будет вести себя тело, когда к нему прикладывается сила, независимо от того, будет ли это сила тяжести или какая - то другая сила. Так как все тела, по Ньютону, в качестве отклика на внешнюю силу ускоряются (изменяют свою скорость) , масса тела определяет, какое ускорение испытывает тело, когда к нему приложена заданная сила. Если одна и та же сила прикладывается к велосипеду и автомобилю, каждый из них достигнет определенной скорости в разное время.

Но по отношению к тяготению масса играет еще и другую роль, совсем не похожую на ту, какую она играла как отношение силы к ускорению: масса является источником взаимного притяжения тел; если взять два тела и посмотреть, с какой силой они действуют на третье тело, расположенного на одном и том же расстоянии сначала от одного, а затем от другого тела, мы обнаружим, что отношение этих сил равно отношению первых двух масс. Фактически оказывается, что эта сила пропорциональна массе источника. Сходным образом, согласно третьему закону Ньютона, силы притяжения, которые испытывают два различных тела под действием одного и того же источника притяжения (на одном и том же расстоянии от него) , пропорциональны отношению масс этих тел. В инженерных науках и повседневной жизни про силу, с которой тело притягивается к земле, говорят как о весе тела.

Итак, масса входит в связь, которая существует между силой и ускорением; с другой стороны, масса определяет величину силы притяжения. Такая двойственная роль массы приводит к тому, что ускорение различных тел в одном и том же гравитационном поле оказывается одинаковым. Действительно, возьмем два различных тела с массами m и M соответственно. Пусть оба они свободно падают на Землю. Отношение сил притяжения, испытываемых этими телами, равно отношению масс этих тел m/M. Однако ускорение, приобретаемое ими, оказывается одинаковым. Таким образом, ускорение, приобретаемое телами в поле тяготения, оказывается для всех тел в одном и том же поле тяготения одинаковым и совсем не зависит от конкретных свойств падающих тел. Это ускорение зависит только от масс тел, создающих поле тяготения, и от расположения этих тел в пространстве. Двойственная роль массы и вытекающее из нее равенство ускорения всех тел в одном и том же гравитационном поле известно под названием принципа эквивалентности. Это название имеет историческое происхождение, подчеркивающее то обстоятельство, что эффекты тяготения и инерции до известной степени эквивалентны.

На поверхности Земли ускорение силы тяжести, грубо говоря, равно 10 м/сек2. Скорость свободно падающего тела, если не учитывать сопротивление воздуха при падении, возрастает на 10 м/сек. Каждую секунду. Например, если тело начнет свободно падать из состояния покоя, то к концу третьей секунды его скорость будет равна 30 м/сек. Обычно ускорение свободного падения обозначается буквой g. Из-за того, что форма Земли не строго совпадает с шаром, величина g на Земле не везде одинакова; она больше у полюсов, чем на экваторе, и меньше на вершинах больших гор, чем в долинах. Если величина g определяется с достаточной точностью, то на ней сказывается даже геологическая структура. Этим объясняется то, что в геологические методы поисков нефти и других полезных ископаемых входит также точное определение величины g.

То, что в данном месте все тела испытывают одинаковое ускорение, - характерная особенность тяготения; такими свойствами никакие другие силы не обладают. И хотя Ньютону не оставалось ничего лучшего, как описать этот факт, он понимал всеобщность и единство ускорения тяготения. На долю немецкого физика - теоретика Альберта Эйнштейна (1870 - 1955) выпала честь выяснить принцип, на основе которого можно было объяснить это свойство тяготения, принцип эквивалентности. Эйнштейну также принадлежат основы современного понимания природы пространства и времени.

3. Специальная теория относительности

Уже со времен Ньютона считалось, что все системы отсчета представляют собой набор жестких стержней или каких - - то других предметов, позволяющих устанавливать положение тел в пространстве. Конечно, в каждой системе отсчета такие тела выбирались по - своему. Вместе с тем принималось, что у всех наблюдателей одно и то же время. Это предположение казалось интуитивно настолько очевидным, что специально не оговаривалось. В повседневной практике на Земле это предположение подтверждается всем нашим опытом.

Но Эйнштейну удалось показать, что сравнения показаний часов, если принимать во внимание их относительное движение, не требует особого внимания лишь в том случае, когда относительные скорости часов значительно меньше, чем скорость распространения света в вакууме. Итак, первым результатом анализа Эйнштейна явилось установление относительности одновременности: два события, происходящие на достаточном удаления друг от друга, могут оказаться для одного наблюдателя одновременными, а для наблюдателя, движущегося относительно него, происходящими в разные моменты времени. Поэтому предположение о едином времени не может быть оправданно: невозможно указать определенную процедуру, позволяющую любому наблюдателю установить такое универсальное время независимо от того движения, в котором он участвует. В системе отсчета должны присутствовать еще и часы, движущиеся вместе с наблюдателем и синхронизированные с часами наблюдателя.

Следующий шаг, сделанный Эйнштейном, состоял в установлении новых взаимоотношений результатов измерений расстояний и времени в двух различных инерциальных системах отсчета. Специальная теория относительности вместо “абсолютных длин” и “абсолютного времени” явила на свет иную “абсолютную величину” , которую принято называть инвариантным пространственно - временным интервалом. Для двух заданных событий, происходящих на некотором удалении друг от друга, пространственное расстояние между ними не является абсолютной (т.е. не зависящим от системы отсчета) величиной даже в Ньютоновской схеме, если между наступлением этих событий есть некоторый интервал времени. Действительно, если два события происходят не одновременно, наблюдатель, движущийся с некоторой системой отсчета в одном направлении и оказавшийся в той точке, где наступило первое событие, может за промежуток времени, разделяющий два эти события, оказаться в том месте, где наступает второе событие; для этого наблюдателя оба события будут происходить в одном и том же месте пространства, хотя для наблюдателя, движущегося в противоположном направлении, они могут показаться происшедшими на значительном удалении друг от друга.

4. Теория относительности и гравитация

Чем глубже уходят научные исследования в конечные составляющие вещества и чем меньше остается число частиц и сил, действующих между ними, тем настойчивее становятся требования исчерпывающего понимания действия и структуры каждой компоненты материи. Именно по этой причине, когда Эйнштейн и другие физики убедились в том, что специальная теория относительности пришла на смену ньютоновской физике, они занялись снова фундаментальными свойствами частиц и силовых полей. Наиболее важным объектом, требующим пересмотра, была гравитация.

Но почему бы несоответствие между относительностью времени и законом тяготения Ньютона не разрешить столь же просто, как в электродинамике? Следовало бы ввести представление о гравитационном поле, которое распространялось бы примерно так же, как электрическое и магнитное поля, и которое оказалось бы посредником при гравитационном взаимодействии тел, в согласии с представлениями теории относительности. Это гравитационное взаимодействие сводилось бы к ньютоновскому закону тяготения, когда относительные скорости рассматриваемых тел были бы малы по сравнению со скоростью света. Эйнштейн попытался построить релятивистскую теорию тяготения на этой основе, но одно обстоятельство не позволило ему осуществить это намерение: никто ничего не знал о распространении гравитационного взаимодействия с большой скоростью, имелась лишь некоторая информация относительно эффектов, связанных с большими скоростями движения источников гравитационного поля - масс.

Влияние больших скоростей на массы непохоже на влияние больших скоростей на заряды. Если электрический заряд тела остается одним и тем же для всех наблюдателей, масса тел зависит от их скорости относительно наблюдателя. Чем выше скорость, тем больше наблюдаемая масса. Для заданного тела наименьшая масса будет определена наблюдателем, относительно которого тело покоится. Это значение массы называется массой покоя тела. Для всех остальных наблюдателей масса окажется больше массы покоя на величину, равную кинетической энергии тела, деленной на c. Значение массы стало бы бесконечным в той системе отсчета, в которой скорость тела стала бы равной скорости света. О такой системе отсчета можно говорить лишь условно. Поскольку величина источника тяготения столь существенно зависит от системы отсчета, в которой определяется ее значение, порождаемое массой поле должно быть более сложным, чем электромагнитное поле. Эйнштейн заключил поэтому, что гравитационное поле, по - видимому, представляет собой так называемое тензорное поле, описываемое большим числом компонент, чем электромагнитное поле.

В качестве следующего исходного принципа Эйнштейн постулировал, что законы гравитационного поля должны получаться на основе математической процедуры, аналогичной процедуре, приводящей к законам электромагнитной теории; законы гравитационного поля, получаемые таким способом, очевидно, должны быть сходны по форме с законами электромагнетизма. Но даже принимая во внимание все эти соображения, Эйнштейн обнаружил, что он может построить несколько различных теорий, которые в равной степени удовлетворяют всем требованиям. Нужна была иная точка зрения, чтобы однозначно прийти к релятивистской тории тяготения. Эйнштейн нашел такую новую точку зрения в принципе эквивалентности, согласно которому ускорение, приобретаемое телом в поле сил тяготения, не зависит от характеристик этого тела.

5. Относительность свободного падения

В специальной теории относительности, как и в ньютоновской физике, постулируется существование инерциальных систем отсчета т.е. систем относительно которых тела движутся без ускорения, когда на них не действуют внешние силы. Экспериментальное нахождение такой системы зависит от того, сможем ли мы поставить пробные тела в такие условия, когда на них не действуют никакие внешние силы, причем должно быть экспериментальное подтверждение отсутствия таких сил. Но если наличие, например, электрического (или любого другого силового) поля может быть обнаружено по различию в действии, которые эти поля оказывают на различные пробные частицы, то все пробные частицы, помещенные в одно и то же поле тяготения, приобретают одно и то же ускорение.

Однако даже при наличии гравитационного поля существует некоторый класс систем отсчета, который может быть выделен чисто локальными экспериментами. Так как все гравитационные ускорения в данной точке (малой области) у всех тел одинаковы как по величине, так и по направлению, все они окажутся равными нулю по отношению к системе отсчета, которая ускоряется вместе с другими физическими объектами, которые находятся под действием только силы тяготения. Такая система отсчета называется свободно падающая система отсчета. Такую систему нельзя неограниченно продолжить на все пространство и на все моменты времени. Она может быть однозначно определена лишь в окрестности мировой точки, в ограниченной области пространства и для ограниченного промежутка времени. В этом смысле свободно падающие системы отсчета можно назвать локальными системами отсчета. По отношению свободно падающим системам отсчета материальные тела, на которые не действуют никакие силы, кроме сил тяготения, не испытывают ускорения.

Свободно падающие системы отсчета в отсутствие гравитационных полей тождественны с инерциальными системами отсчета; в этом случае они неограниченно продолжимы. Но такое неограниченное распространение систем становится невозможным, когда появляются гравитационные поля. То, что свободно падающие системы вообще существуют хотя бы только как локальные системы отсчета, есть прямое следствие принципа эквивалентности, которому подчиняются все гравитационные эффекты. Но тот же самый принцип ответственен за то, что никакими локальными процедурами невозможно построить инерциальные системы отсчета при наличии гравитационных полей.

Эйнштейн рассматривал принцип эквивалентности как самое фундаментальное свойство тяготения. Он понял, что от представления о неограниченно продолжимых инерциальных системах отсчета следует отказаться пользу локальных свободно падающих систем отсчета; и лишь поступив таким образом, можно принять принцип эквивалентности как основную часть фундамента физики. Такой подход дал возможность физикам глубже заглянуть в природу тяготения. Наличие гравитационных полей оказывается равносильным невозможности распространения в пространстве и времени локальной свободно падающей системы отсчета; таким образом, при изучении гравитационных полей следует фокусировать внимание не столько на локальной величине поля, сколько на неоднородности гравитационных полей. Ценность такого подхода, который в конечном счете отрицает универсальность существования инерциальных систем отсчета, состоит в том, что он ясно показывает следующее: нет никаких оснований принимать без размышлений возможность построения инерциальных систем отсчета, несмотря на то, что такие системы использовались на протяжении нескольких столетий.

6. Тяготение во времени и пространстве

В теории тяготения Ньютона ускорение тяготения, вызываемое заданной большой массой, пропорционально этой массе и обратно пропорционально квадрату расстояния от этой массы. Тот же самый закон можно сформулировать немного иначе, но при этом мы сможем выйти на релятивистский закон тяготения. Эта иная формулировка опирается на представление о гравитационном поле как о чем - то таком, что впечатано в окрестность большой гравитирующей массы. Поле можно полностью описать, задавая в каждой точке пространства вектор, величина и направление которого соответствуют тому гравитационному ускорению. Которое приобретает любое пробное тело, помещенное в эту точку. Можно описать поле тяготения графически, проводя в нем кривые, касательная к которым в каждой точке пространства совпадает с направлением локального поля тяготения (ускорения) ; эти кривые проводятся с плотностью (определенное число кривых на единицу площади поперечного сечения, рис. 2) , равной величине локального поля. Если рассматривается одна большая масса, такие кривые - их называют силовыми линиями - оказываются прямыми линиями; эти прямые указывают прямо на тело, создающее поле тяготения.

Обратно пропорциональная зависимость от квадрата расстояния выражается графически так: все силовые линии начинаются на бесконечности и заканчиваются на больших массах. Если плотность силовых линий равна величине ускорения, число линий, проходящих через сферическую поверхность, центр которой расположен на большой массе, как раз равно плотности силовых линий, умноженной на площадь сферической поверхности радиуса r; площадь сферической поверхности пропорциональна квадрату его радиуса. В общем случае ньютоновский закон обратной зависимости от квадрата расстояния может быть приведен в такой форме, которая в равной степени пригодна для источника тяготения в виде одной большой массы и для произвольного распределения масс: все силовые линии гравитационного поля начинаются на бесконечности и оканчиваются на самих массах. Полное число силовых линий, оканчивающихся в некоторой области, содержащей массы, пропорционально полной массе, заключенной в этой области. Кроме того, гравитационное поле - поле консервативное: силовые линии не могут принимать форму замкнутых кривых, а перемещение пробного тела вдоль замкнутой кривой не может привести ни к выигрышу, ни к потере энергии.

В релятивистской теории гравитации роль источников отводится комбинациям массы и импульса (импульс выступает связующим звеном между состоянием одного и того же объекта в разных четырехмерных или, лоренцевых, системах отсчета) . Неоднородности релятивистского поля тяготения описываются тензором кривизны. Тензор представляет собой математический объект, полученный обобщением представления о векторах. В многообразии, описываемом с помощью координат, тензорам можно сопоставить компоненты, полностью определяющие тензор. Релятивистская теория связывает тензор кривизны с тензором, описывающим поведение источников тяготения. Эти тензоры пропорциональны друг другу. Коэффициент пропорциональности определяется из требования: закон тяготения в тензорной форме должен сводиться к ньютоновскому закону тяготения для слабых гравитационных полей и при малых скоростях тел; этот коэффициент пропорциональности с точностью до мировых констант равен постоянной тяготения Ньютона. Этим шагом Эйнштейн завершил построение теории тяготения, называемой иначе общей теорией относительности.

7. Заключение

Общая теория относительности дала возможность несколько иначе взглянуть на вопросы, связанные с гравитационными взаимодействиями. Она включила в себя всю ньютонов скую механику только как частный случай при малых скоростях движения тел. При этом открылась широчайшая область для исследования Вселенной, где силы тяготения играют решающую роль.

ЛИТЕРАТУРА:

П. БЕРГМАН “ЗАГАДКА ГРАВИТАЦИИ” ЛОГУНОВ “РЕЛЯТИВИСТСКАЯ ТЕОРИЯ ГРАВИТАЦИИ”

ВЛАДИМИРОВ “ПРОСТРАНСТВО, ВРЕМЯ, ГРАВИТАЦИЯ”

Гравита́ция (всеми́рное тяготе́ние, тяготе́ние) (от лат. gravitas - «тяжесть») - дальнодействующее фундаментальное взаимодействие в природе, которому подвержены все материальные тела. По современным данным, является универсальным взаимодействием в том смысле, что, в отличие от любых других сил, всем без исключения телам независимо от их массы придаёт одинаковое ускорение . Главным образом гравитация играет определяющую роль в космических масштабах. Термин гравитация используется также как название раздела физики , изучающего гравитационное взаимодействие. Наиболее успешной современной физической теорией в классической физике , описывающей гравитацию, является общая теория относительности , квантовая теория гравитационного взаимодействия пока не построена.

Гравитационное взаимодействие

Гравитационное взаимодействие - одно из четырёх фундаментальных взаимодействий в нашем мире. В рамках классической механики , гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, который гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы m 1 и m 2 , разделёнными расстоянием R , пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния - то есть

Здесь G - гравитационная постоянная , равная примерно м³/(кг с²). Знак минус означает, что сила, действующая на тело, всегда равна по направлению радиус-вектору, направленному на тело, то есть гравитационное взаимодействие приводит всегда к притяжению любых тел.

Закон всемирного тяготения - одно из приложений закона обратных квадратов, встречающегося так же и при изучении излучений (см. например, Давление света), и являющимся прямым следствием квадратичного увеличения площади сферы при увеличении радиуса, что приводит к квадратичному же уменьшению вклада любой единичной площади в площадь всей сферы.

Наиболее простой задачей небесной механики является гравитационное взаимодействие двух тел в пустом пространстве. Эта задача решается аналитически до конца; результат её решения часто формулируют в виде трёх законов Кеплера .

При увеличении количества взаимодействующих тел задача резко усложняется. Так, уже знаменитая задача трёх тел (то есть движение трёх тел с ненулевыми массами) не может быть решена аналитически в общем виде. При численном же решении, достаточно быстро наступает неустойчивость решений относительно начальных условий. В применении к Солнечной системе , эта неустойчивость не позволяет предсказать движение планет на масштабах, превышающих сотню миллионов лет.

В некоторых частных случаях удаётся найти приближённое решение. Наиболее важным является случай, когда масса одного тела существенно больше массы других тел (примеры: солнечная система и динамика колец Сатурна). В этом случае в первом приближении можно считать, что лёгкие тела не взаимодействуют друг с другом и движутся по кеплеровым траекториям вокруг массивного тела. Взаимодействия же между ними можно учитывать в рамках теории возмущений , и усреднять по времени. При этом могут возникать нетривиальные явления, такие как резонансы , аттракторы , хаотичность и т. д. Наглядный пример таких явлений - нетривиальная структура колец Сатурна.

Несмотря на попытки описать поведение системы из большого числа притягивающихся тел примерно одинаковой массы, сделать этого не удаётся из-за явления динамического хаоса .

Сильные гравитационные поля

В сильных гравитационных полях, при движении с релятивистскими скоростями, начинают проявляться эффекты общей теории относительности :

• отклонение закона тяготения от ньютоновского;
• запаздывание потенциалов, связанное с конечной скоростью распространения гравитационных возмущений ; появление гравитационных волн;
• эффекты нелинейности: гравитационные волны имеют свойство взаимодействовать друг с другом, поэтому принцип суперпозиции волн в сильных полях уже не выполняется;
• изменение геометрии пространства-времени;
• возникновение черных дыр ;

Гравитационное излучение

Одним из важных предсказаний ОТО является гравитационное излучение , наличие которого до сих пор не подтверждено прямыми наблюдениями. Однако, имеются косвенные наблюдательные свидетельства в пользу его существования, а именно: потери энергии в двойной системе с пульсаром PSR B1913+16 - пульсаром Халса-Тейлора - хорошо согласуются с моделью, в которой эта энергия уносится гравитационным излучением.

Гравитационное излучение могут генерировать только системы с переменным квадрупольным или более высокими мультипольными моментами , этот факт говорит о том, что гравитационное излучение большинства природных источников направленное, что существенно усложняет его обнаружение. Мощность гравитационного l -польного источника пропорциональна (v / c ) 2l + 2 , если мультиполь имеет электрический тип, и (v / c ) 2l + 4 - если мультиполь магнитного типа , где v - характерная скорость движения источников в излучающей системе, а c - скорость света. Таким образом, доминирующим моментом будет квадрупольный момент электрического типа, а мощность соответствующего излучения равна:

где Q i j - тензор квадрупольного момента распределения масс излучающей системы. Константа (1/Вт) позволяет оценить порядок величины мощности излучения.

Начиная с 1969 года (эксперименты Вебера (англ.)) и до настоящего времени (февраль 2007) предпринимаются попытки прямого обнаружения гравитационного излучения. В США, Европе и Японии в настоящий момент существует несколько действующих наземных детекторов (GEO 600), а также проект космического гравитационного детектора республики Татарстан .

Тонкие эффекты гравитации

Помимо классических эффектов гравитационного притяжения и замедления времени, общая теория относительности предсказывает существование других проявлений гравитации, которые в земных условиях весьма слабы и их обнаружение и экспериментальная проверка поэтому весьма затруднительны. До последнего времени преодоление этих трудностей представлялось за пределами возможностей экспериментаторов.

Среди них, в частности, можно назвать увлечение инерциальных систем отсчета (или эффект Лензе-Тирринга) и гравитомагнитное поле . В 2005 году автоматический аппарат НАСА Gravity Probe B провёл беспрецедентный по точности эксперимент по измерению этих эффектов вблизи Земли, но его полные результаты пока не опубликованы.

Квантовая теория гравитации

Несмотря на более чем полувековую историю попыток, гравитация - единственное из фундаментальных взаимодействий, для которого пока ещё не построена непротиворечивая перенормируемая квантовая теория . Впрочем, при низких энергиях, в духе квантовой теории поля , гравитационное взаимодействие можно представить как обмен гравитонами - калибровочными бозонами со спином 2.

Стандартные теории гравитации

В связи с тем, что квантовые эффекты гравитации чрезвычайно малы даже в самых экстремальных экспериментальных и наблюдательных условиях, до сих пор не существует их надёжных наблюдений. Теоретические оценки показывают, что в подавляющем большинстве случаев можно ограничиться классическим описанием гравитационного взаимодействия.

Существует современная каноническая классическая теория гравитации - общая теория относительности , и множество уточняющих её гипотез и теорий различной степени разработанности, конкурирующих между собой (см. статью Альтернативные теории гравитации). Все эти теории дают очень похожие предсказания в рамках того приближения, в котором в настоящее время осуществляются экспериментальные тесты. Далее описаны несколько основных, наиболее хорошо разработанных или известных теорий гравитации.

• Гравитация есть не геометрическое поле, а реальное физическое силовое поле, описываемое тензором.

• Гравитационные явления следует рассматривать в рамках плоского пространства Минковского, в котором однозначно выполняются законы сохранения энергии-импульса и момента количества движения. Тогда движение тел в пространстве Минковского эквивалентно движению этих тел в эффективном римановом пространстве.

• В тензорных уравнениях для определения метрики следует учитывать массу гравитона, а также использовать калибровочные условия, связанные с метрикой пространства Минковского. Это не позволяет уничтожить гравитационное поле даже локально выбором какой-то подходящей системы отсчёта.

Как и в ОТО, в РТГ под веществом понимаются все формы материи (включая и электромагнитное поле), за исключением самого гравитационного поля. Следствия из теории РТГ таковы: чёрных дыр как физических объектов, предсказываемых в ОТО, не существует; Вселенная плоская, однородная, изотропная, неподвижная и евклидовая.

C другой стороны, существуют не менее убедительные аргументы противников РТГ, сводящиеся к следующим положениям:

Подобное имеет место и в РТГ, где второе тензорное уравнение вводится для учёта связи между неевклидовым пространством и пространством Минковского . Благодаря наличию безразмерного подгоночного параметра в теории Йордана - Бранса - Дикке, появляется возможность выбрать его так, чтобы результаты теории совпадали с результатами гравитационных экспериментов.

Источники и примечания

Литература

• Визгин В. П. Релятивистская теория тяготения (истоки и формирование, 1900-1915). М.: Наука, 1981. - 352c.
• Визгин В. П. Единые теории в 1-й трети ХХ в. М.: Наука, 1985. - 304c.
• Иваненко Д. Д. , Сарданашвили Г. А. Гравитация, 3-е изд. М.:УРСС, 2008. - 200с.

См. также

• Гравиметр

Ссылки

• Закон всемирного тяготения или «Почему Луна не падает на Землю?» - Просто о сложном

Гравитационное взаимодействие проявляется в притяжении друг к другу тел. Объясняется это взаимодействие наличием гравитационного поля вокруг каждого тела.

Модуль силы гравитационного взаимодействия между двумя материальными точками массойm 1 иm 2 расположенными на расстоянииrдруг от друга

(2.49)

где F 1,2 ,F 2,1 – силы взаимодействия направленные вдоль прямой соединяющей материальные точки,G= 6,67
– гравитационная постоянная.

Соотношение (2.3) носит название закона всемирного тяготения открытого Ньютоном.

Гравитационное взаимодействие справедливо для материальных точек и тел со сферически-симметричным распределением масс, расстояние между которыми отсчитывается от их центров.

Если принять одно из взаимодействующих тел Землю, а второе – тело с массой m, находящееся вблизи или на её поверхности, то между ними действует сила притяжения

, (2.50)

где M 3 ,R 3 – масса и радиус Земли.

Соотношение
- постоянная величина равная 9,8 м/с 2 , обозначаетсяg, имеет размерность ускорения и называетсяускорением свободного падения.

Произведение массы тела mи ускорения свободного падения, называетсясилой тяжести

. (2.51)

В отличие от силы гравитационного взаимодействия модуль силы тяжести
зависит от географической широты места расположения тела на Земле. На полюсах
, а на экваторе уменьшается на 0,36%. Это различие обусловлено тем, что Земля вращается вокруг своей оси.

С удалением тела относительно поверхности Земли на высоту уменьшается сила тяжести

, (2.52)

где
– ускорение свободного падения на высотеhот Земли.

Масса в формулах (2.3-2.6) является мерой гравитационного взаимодействия.

Если подвесить тело или положить его на неподвижную опору, оно будет покоиться относительно Земли, т.к. сила тяжести уравновешивается силой реакции,действующей на тело со стороны опоры или подвеса.

Сила реакции – сила, с которой действуют на данное тело другие тела, ограничивающие его движение.

Сила нормальной реакции опоры приложена к телу и направлена перпендикулярно плоскости опоры.

Сила реакции нити (подвеса)направлена вдоль нити (подвеса)

Вес тела – сила, с которой тело давит на опору или растягивает нить подвеса и приложена к опоре или подвесу.

Вес численно равен силе тяжести если тело находится на горизонтальной поверхности опоры в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. В других случаях вес тела и сила тяжести не равны по модулю.

2.6.3.Силы трения

Силы трения возникают в результате взаимодействия движущихся и покоящихся тел, соприкасающихся друг с другом.

Различают внешнее (сухое) и внутреннее (вязкое) трение.

Внешнее сухое трение делится на:

Перечисленным видам внешнего трения соответствуют силы трения, покоя, скольжения, качения.

С

ила трения покоя

Если к телу, находящемуся в соприкосновении с другим телом, приложить возрастающую внешнюю силу , параллельную плоскости соприкосновения (рис. 2.2.а), то при измененииот нуля до некоторого значения
движение тела не возникает. Тело начинает движение приFF тр. max .

Максимальная сила трения покоя

, (2.53)

где – коэффициент трения покоя,N– модуль силы нормальной реакции опоры.

Коэффициент трения покоя можно определить экспериментально, нахождением тангенса угла наклона к горизонту поверхности, с которой начинает скатываться тело под действием его силы тяжести.

При F>
происходит скольжение тел относительно друг друга с некоторой скоростью(рис. 2.11 б).

Сила трения скольжения направлена против скорости . Модуль силы трения скольжения при малых скоростях движения вычисляется в соответствии с законом Амонтона

, (2.54)

где – безразмерный коэффициент трения скольжения, зависящий от материала и состояния поверхности соприкасающихся тел, и всегда меньше.

Сила трения качения возникает тогда, когда тело, имеющее форму цилиндра или шара радиусом R, катится по поверхности опоры. Численное значение силы трения качения определяется в соответствии с законом Кулона

, (2.55)

где k[м] – коэффициент трения качения.