Особливості гравітаційної взаємодії

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Зміст
Введення
1. Невеликий екскурс в розвитку теорії гравітації
2. Про природу гравітаційних сил
3. Особливості гравітаційної взаємодії
Висновок
Список літератури
Додаток

Введення
Одна з аксіом сучасної науки говорить: будь-які матеріальні об'єкти у Всесвіті пов'язані між собою силами всесвітнього тяжіння. Завдяки цим силам формуються й існують небесні тіла - планети, зірки, галактики і Метагалактика в цілому. Форма і структура цих тіл і матеріальних систем, а також відносний рух і взаємодія визначаються динамічною рівновагою між силами їх тяжіння і силами інерції мас.
Протягом усього свого життя людина відчуває силу тяжіння свого тіла і предметів, які йому доводиться піднімати.
Проте ще на півтора століття раніше до Ньютона і Гука знаменитий польський вчений Микола Коперник писав про тяжіння: «Важкість є не що інше, як природне прагнення, яким батько Всесвіту обдарував всі частинки, а саме з'єднуватися в одне загальне ціле, утворюючи тіла кулястої форми» . Аналогічні думки висловлювали й інші вчені. Знайдені Ньютоном і Гуком формули закону тяжіння дозволили з великою точністю розрахувати орбіти планет і створити першу математичну модель Всесвіту.
Питання про те, чи існує оточуючий нас світ сам по собі або він є продуктом діяльності розуму (що належить нікому вищої суті або кожному конкретному індивіду) складає суть основного питання філософії, класично сформульованих у вигляді дилеми про первинність матерії чи свідомості. Оточуючі нас об'єкти природи мають внутрішню структуру, тобто у свою чергу самі складаються з інших об'єктів, (яблуко складається з клітин рослинної тканини, яка складена з молекул, які є об'єднаннями атомів і т.д.). При цьому природним чином виникають різні за складністю рівні організації матерії: космічний, планетарний, геологічний, біологічний, хімічний, фізичний.
Впливає чи ні розподіл всієї матерії у Всесвіті на протікання фізичних процесів? Існує чи ні будь-який зв'язок між гравітаційною взаємодією і принципом невизначеності? Звичайно, у сучасній фізиці існують і інші питання, на які поки немає відповіді.
Гравітація є взаємодія за допомогою обміну імпульсами між різноспрямовано рухомими матеріальними системами.
Особливості гравітаційної взаємодії можна зрозуміти, вивчаючи динаміку найбільш зручною гравитирующей системи, - планети Земля, грунтуючись на єдності законів, що діють в будь-якій галузі фізичної реальності. Але необхідно вивчати динаміку Землі як двополюсної активної (живої) системи, а не монолітною, нехай і шарувато-симетричною, абстрактної математичної моделі. Така полярність сил тяжіння обумовлена ​​наступними чинниками.
1. Універсальністю сил тяжіння в природі. У фізичній реальності не існує інших взаємодій, крім гравітаційних.
2. Ще в 1936-1937 роках можливість такого розподілу щільності була отримана Булленом, але розцінена як неприйнятна.
3. Однозначним невідповідністю прогнозованих максимальних тисків у центрі Землі існуючому мінімуму сили тяжіння - єдиної причини (згідно класичній фізиці) виникнення високих тисків.
4. Показниками розущільнення внутрішніх оболонок можуть служити надлишок реального екваторіального здуття планети (70 м) та невідповідність нормальних градієнтів сили тяжкості, співставні з різницею екваторіального і полярного радіусів.
5. До теперішнього часу не зафіксовані поперечні сейсмічні хвилі, що пройшли крізь внутрішнє ядро.
6. Досить відомі геофізикам оцінки фізичного стану речовини ядра за розрахунками моменту інерції пустотілої і суцільний моделей планети, і порівняння його з даними аналізу динаміки системи «Земля - ​​Місяць» виконані некоректно.
Добре відомо, що основна маса Сонячної системи (близько 99.8%) припадає на її єдину зірку - Сонце. Сумарна маса планет становить лише 0.13% від загальної. На решту тіла системи (комети, супутники планет, астероїди і метеоритне речовина) припадає тільки 0.0003% маси. З наведених цифр випливає, що закони Кеплера для руху планет в нашій системі повинні виконуватися дуже добре.
Дуже приваблива теорія спільного походження сонця і планет з єдиного газової хмари, сжавшегося під дією гравітаційних сил, виявляється в суперечності з піднаглядним нерівномірним розподілом обертального моменту (моменту імпульсу) між зіркою і планетами.
Обговорюються моделі походження планет в результаті гравітаційного захоплення Сонцем тіл, що прилітають із далекого космосу, ефекти, викликані вибухом найновіших. У більшості «сценаріїв» розвитку сонячної системи існування поясу астероїдів, так чи інакше, пов'язують із його близьким сусідством з наймасивнішою планетою системи.

1. Невеликий екскурс в розвитку теорії гравітації
Спочатку вважалося, що Земля нерухома, а рух небесних тіл здавалося дуже складним. Галілей одним з перших висловив припущення про те, що наша планета не є винятком і також рухається навколо Сонця. Ця концепція була зустрінута досить вороже. Тихо Браге вирішив не брати участі в дискусіях, а зайнятися безпосередніми вимірами координат тіл на небесній сфері. Пізніше дані Тихо потрапили до Кеплеру, який знайшов просте пояснення спостережуваних складних траєкторіях, сформулювавши три законів руху планет (і Землі) навколо Сонця:
1. Планети рухаються по еліптичних орбітах, в одному з фокусів яких знаходиться Сонце.
2. Швидкість руху планети змінюється таким чином, що площі, замітає її радіус-вектором за рівні проміжки часу, виявляються рівними.
3. Періоди обертання планет однієї Сонячної системи і великі півосі їх орбіт пов'язані співвідношенням:
Складний рух планет на «небесній сфері», що спостерігається з Землі, згідно Кеплеру, виникало внаслідок складання цих планет по еліптичних орбітах з рухом спостерігача, що здійснює разом з Землею орбітальний рух навколо сонця і добове обертання навколо осі планети.
Прямим доказом добового обертання Землі був експеримент, поставлений Фуко, в якому площину коливань маятника поверталася щодо поверхні обертається Землі.
Закони Кеплера чудово описували спостережуваний рух планет, але не розкривали причин, що призводять до такого руху (напр. цілком можна було вважати, що причиною руху тіл по кеплерові орбітах була воля якого-небудь істоти чи прагнення самих небесних тіл до гармонії). Теорія гравітації Ньютона вказала причин, що зумовили рух космічних тіл за законами Кеплера, правильно передбачила і пояснила особливості їх руху в більш складних випадках, дозволила в одних термінах описати багато явищ космічного і земного масштабів (рух зірок у галактичному скупченні і падіння яблука на поверхню Землі) .
Ньютон знайшов правильний вираз для гравітаційної сили, що виникає при взаємодії двох точкових тіл (тел, розміри яких малі порівняно з відстанню між ними), яке спільно з другим законом у разі, якщо маса планети багато менше маси зірки, призводило до диференціальних рівнянь, що допускає аналітичне рішення. Не привертаючи будь-яких додаткових фізичних ідей, чисто математичними методами можна показати, що при відповідних початкових умовах досить малі початкові відстань до зірки та швидкість планети) космічне тіло буде здійснювати обертання за замкнутою, стійкої еліптичній орбіті в повній згоді з законами Кеплера (зокрема другий закон Кеплера є прямим наслідком закону збереження моменту імпульсу, що виконується при гравітаційних взаємодіях, оскільки момент сили відносно масивного центру завжди дорівнює нулю). При досить високої початкової швидкості (її значення залежить від маси зірки і початкового положення) космічне тіло рухається по гіперболічної траєкторії, врешті-решт, йдучи від зірки на нескінченно велику відстань.
Важливою властивістю закону гравітації є збереження його математичної форми у разі гравітаційної взаємодії неточечних тіл у випадку сферично-симетричного розподілу їх мас за обсягом. При цьому роль грає відстань між центрами цих тіл.

2. Про природу гравітаційних сил
Сформульований Ньютоном закон всесвітнього тяжіння відноситься до фундаментальних законах класичного природознавства. Методологічною слабкістю концепції Ньютона був його відмову обговорювати механізми, що приводять до виникнення гравітаційних сил («Я гіпотез не вигадую»). Після Ньютона неодноразово робилися спроби створення теорії гравітації.
Переважна більшість підходів пов'язано з так званими гідродинамічними моделями гравітації, що намагаються пояснити виникнення сил тяжіння механічними взаємодіями масивних тіл з проміжної субстанцією, якій приписується той або інший назва: «ефір», «потік гравітонів», «вакуум» і т.д. Тяжіння між тілами виникає внаслідок розрядження Середовища, що виникає або при її поглинанні масивними тілами, або при екранування ними її потоків. Всі ці теорії мають загальний істотний недолік: правильно пророкуючи залежність сили від відстані, вони неминуче призводять до ще одного неспостережний ефекту: гальмування тіл, що рухаються відносно введеної субстанції.
Істотно новий крок у розвитку концепції гравітаційної взаємодії був зроблений А. Ейнштейном, який створив загальну теорію відносності.
Ньютон: «Тяжіння до Сонця складається з тяжіння до окремих частинок його і при віддаленні від Сонця зменшується в точності пропорційно квадратах відстаней навіть до орбіти Сатурна, що випливає з спокою афелієм планет і навіть до крайніх афелієм комет, якщо тільки ці афелії знаходяться у спокої» [6, с. 662]. Ця особливість гравітаційної взаємодії, прикладена до умов усередині тіла і призводить до спадної залежності гравітаційної сили зі зменшенням відстані від центру тіла.
Друга проблема гравітаційного поля, пов'язана зі стабільністю взаємного положення небесних тіл, теж поступово вирішувалася, і зокрема, великий крок у напрямку її вирішення був зроблений з одного боку Еддінгтона [7], а з іншого боку Френкелем [8, гл. 7], припустити з різними варіаціями можливість усуспільнення електронів атомів в ядрах зірок при гравітаційному стисненні. Більш повно дана концепція з урахуванням особливостей гравітаційного стиснення протозвездного хмари, описаного Шкловським (9). Причому дана концепція дуже добре узгоджується з вступниками новими даними про небесні тіла, як сонячної системи, так і далеких небесних об'єктів і головне, повністю знімає проблему необмеженого стиску речовини всесвіту. Адже з огляду на формування електронного кокона зірки та асоціації зірочок взаємне гравітаційне тяжіння віддалених гарячих небесних тіл ефективно компенсується взаємним відштовхуванням електронних оболонок цих тіл, перешкоджаючи, з одного боку, необмеженому стисненню всього речовини всесвіту, а з іншого боку перешкоджаючи зіткнення між зірками та їх асоціаціями, як і канібалізму галактик. Тим самим знімається проблема, яку бачив у своїй концепції ще Ньютон.
Сформульований Ньютоном закон всесвітнього тяжіння став одним з видатних досягнень в області природознавства за всю історію його існування. Цей закон дозволив на суворій науковій основі підвести фізичну базу під філософсько-космічними положеннями про матеріальну єдність світу, загального взаємозв'язку всіх природних явищ. Закон всесвітнього тяжіння виявився одним із самих вражаючих і разом з тим загадкових основоположень теоретичного природознавства.
Застосування цього закону дозволило добитися видатних успіхів у галузі небесної механіки (передбачити «на кінчику пера» існування раніше невідомих планет) і астрофізики, космології та практичного освоєння космічного простору, дозволило літальним апаратам і людині подолати земне тяжіння і здійснити прорив у простори Всесвіту.
3. Особливості гравітаційної взаємодії
Особливість гравітаційної взаємодії полягає в тому, що під дією сили гравітаційної природи приросту повної енергії пробного тіла не відбувається (тобто повна енергія вільно падаючого (і не випромінює!) Пробного тіла не змінюється, залишаючись дорівнює повній початковій енергії; перерозподіляється лише співвідношення між його енергетичними компонентами). Якщо на самому початку руху повна енергія пробного тіла відповідала його масі спокою, то в міру розгону все більша її частина відповідає вже кінетичної складової маси, яка з'являється за рахунок зменшення маси спокою. У цій особливості гравітаційної дії укладені витоки принципової відмінності між силами гравітації й інерції. Властивість інерції проявляє себе при безпосередній взаємодії тіл між собою, в результаті чого будь-яке тіло, в залежності від особливості взаємодії і вибору системи відліку спостерігачем, може, як отримати додаткову кінетичну енергію, або втратити наявну, передавши її іншим тілам. Сили гравітаційної природи здатні перерозподіляти енергію з одного виду в інший в межах даного тіла: енергію спокою, внутрішню енергію, поперечну кінетичну складову енергії - в подовжню кінетичну енергетичну складову. Відповідно з перерозподілом складових енергії змінюється імпульс тіла.
Величина, опиняючись продуктом дії гравітаційного поля, збільшує інерцію тіла в напрямку падіння, але сама вже не схильна до впливу гравітаційного поля. Поле саме по собі не в змозі розрізнити, чи є продуктом його дії, або результатом дії сили іншої природи. Тому, незалежно від походження, цілком резонно припущення, що на цю складову гравітаційне поле впливу не надає.
При відчутною відносній частці поздовжньої кінетичної складової величина прискорення g буде відставати від напруженості гравітаційного поля g. Сила, що діє на вертикально падаюче тіло в g-поле, пропорційна його масі спокою і становить m0g.
Енергія, що переноситься фотоном, визначається виключно його кінетичної енергією. Вона може бути передана при безпосередній взаємодії, що вказує на наявність у фотона інертних властивостей і відповідно інертної маси. Гравітаційна маса фотона не є постійною величиною. У випадку вертикально орієнтованого вільного фотона (рух фотона паралельно вектору напруженості g-поля) g-поле на фотон не діє: гравітаційна маса фотона дорівнює нулю; маси спокою фотон також не має. Звідси бачимо «посиніння» або «почервоніння» фотона має своєю причиною різний хід часу в системах «верхнього» і «нижнього» спостерігачів.
У зв'язку з висловленими вище міркуваннями не буде зайвим проявляти обережність у вираженні відповідності між масою об'єкта і повної його енергією. Не всякій енергетичної складової відповідає гравітаційна маса; можливо також, що в певних випадках інертні властивості можуть не відповідати в точності їх енергетичного потенціалу. Гравітаційна маса об'єкта по відношенню до будь-якого іншого гравитирующей об'єкту визначається суто індивідуально
Сталість руху визначається існуванням єдиної фундаментальної константи гравітаційної постійної, або постійної дії (взаємодії). За величиною воно повинна бути рівна кванту дії (постійної Планка). Значення останньої було підібрано для максимальної відповідності розрахункових і експериментальних даних.
Неунічтожаемості і сталість руху має означати постійність передачі імпульсу при гравітаційному взаємодії.
Це означає, що гравитирующей (рухома) система повинна за одиницю часу передати однакову енергію руху певній кількості систем відповідно до закону збереження імпульсу.
Гравітаційна взаємодія має певні характерними рисами, які роблять його несхожим на інші взаємодії (наприклад, на електромагнітне).
Найбільш важливі особливості гравітації.
По-перше, прискорення тіла в гравітаційному полі не залежить від його маси. Тому всі тіла рухаються в гравітаційному полі з однаковим прискоренням. З одного боку, прискорення тіла пропорційно діє на нього силі, і, отже, пропорційно його гравітаційної масі. Але з іншого боку, прискорення тіла назад пропорційно його інертною масою. Таким чином, як пише Річард Фейнман у своїх лекціях з гравітації, «перший дивовижний факт, пов'язаний з гравітацією, полягає в тому, що ставлення інерціальної і гравітаційної маси постійно, де б ми його не перевіряли» [10; с. 62].
«Другий дивовижний факт, пов'язаний з гравітацією, полягає в тому, що ця взаємодія дуже слабке» [10; с. 62].
Суттєвою особливістю гравітації є і її універсальний характер - усе, що існує в природі, бере участь в гравітаційній взаємодії. Крім того, гравітація - це завжди тільки тяжіння, а гравітаційного відштовхування просто не існує.
І, нарешті, можна відзначити наступне. Закони, керуючі нашим світом, в самій своїй основі - це закони квантової механіки. Інакше кажучи, у фундаменті всіх фізичних взаємодій лежить принцип невизначеності.
Але ні закон тяжіння Ньютона, ні його модифікація, зроблена Ейнштейном у загальній теорії відносності, зовсім не враховують цей фундаментальний принцип.

Висновок
Масштаби космічного простору і часу (точніше - Простору-Часу) не можуть не зачаровувати і не надихати. Ще більше заворожують її таємниці - відкриті і невідкриті. Останніх, звичайно, набагато більше. І в міру розвитку наших знань про Всесвіт, практичного освоєння Космосу і реального проникнення людини спочатку в найближчі околиці Сонячної системи, а потім і за її межі - будуть з'являтися все нові і нові таємниці, що вимагають нових зусиль в їх розгадки і, отже, нових книг .
У загальному випадку гравітаційна маса (гравітаційний заряд) тіла не дорівнює його інертною масою. Гравітаційною масою визначається взаємодія тіла з g-полем, а інертною масою - здатність транспортувати енергію в просторі.
Стаціонарне g-поле не здатне змінити ні повну масу, ні повну енергію вільно падаючого тіла. У гравітаційному полі лише перерозподіляються енергетичні складові повної енергії тіла, що характеризують його вихідний стан і змінюється імпульс тіла.
Фотон є першооснова речовини, що володіє інертними властивостями (постулат про єдність складу матерії на рівні первомасси).
Таким чином, наша планета Земля - ​​активна динамічна система, субсферіческій тороід.
У будь-якій рухається, а також взаємодіє (гравитирующей) системі сумарний імпульс взаємодіє речовини дорівнює сумарному імпульсу породжуваного цією речовиною випромінювання.

Список літератури
1. Азімов А. Всесвіт. М., 1969;
2. Анісімов А.Ф. Космічні уявлення народів Півночі.
М. - Л., 1959;
3. Беррі А. Коротка історія астрономії. М. - Л., 1946;
4. Вайнберг С. Перші три хвилини: Сучасний погляд на походження Всесвіту. М., 1981;
5. Ван-дер-Варден Б. Пробуждающееся наука. Народження астрономії. М., 1991;
6. Засув А.В., Кононович Е.В. Астрономія: Атлас для загальноосвітніх установ. М., 1996;
7. Звіздар (журнал). 1995-1997;
8. Земля і Всесвіт (журнал). 1980-1997;
9. Знання - сила (журнал). 1960-1997;
10. Мізнер Ч., Торн К., Уілер Дж. Гравітація. У 3-х томах. Бішкек, 1994;
11. Нарлікар Дж. Гравітація без формул. М., 1985;
12. Наука і життя (журнал). 1960-1997;
13. Струве О., Ліндсі Б., Пілланс Е. Елементарна астрономія. М., 1964;
14. Шкловський І.С. Всесвіт, життя, розум. М., 1962;

Додаток
Постулати
1. АБСОЛЮТНО
Абсолютна субстанція - вічне постійний рух (динаміка) матеріальних систем (МС) різного рангу.
2. ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
Вивчення руху (еволюції) МС процес відносний. Для цього потрібні нематеріальні (не взаємодіють з матерією) інструменти - ПРОСТІР і ЧАС.
3. ЄДНІСТЬ ДІЮЧОГО ЗАКОНОДАВСТВА
Закони, що регламентують взаємодію МС, єдині в будь-якій галузі фізичної реальності. («Природа проста і не розкошує зайвими причинами речей», І. Ньютон).
Закони еволюції МС
- Перехід кількості в якість;
- Одночасна дія двох полярних субстанцій, що означає єдність протилежностей.
ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ ЕНЕРГІЇ РУХУ
Рух-взаємодія речовини системи здійснюється при дотриманні закону збереження сумарного імпульсу. Кількість руху, повідомлене тілу, повинно бути передано об'єктів, з якими взаємодіє рухається тіло.
ВІДСУТНІСТЬ У ПРИРОДІ МОНОСІСТЕМ
Будь-яка МС представляє набір систем більш високого рангу (локальних), динамічно організованих відповідно до сумарною кількістю речовини.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Астрономія | Реферат
46.2кб. | скачати


Схожі роботи:
Особливості взаємодії актора і глядача
Особливості взаємодії місцевого самоврядування з підприємцями
Про характер гравітаційної субстанції
Світові фінанси особливості взаємодії з національними фінан
Особливості соціальної перцепції в сфері ділової взаємодії
Політична і економічна влада їх особливості і суть взаємодії
Про гравітації і необнаружіваемие гравітаційної хвилі
Особливості взаємодії агресивності і типу акцентуації з ціннісними орієнтаціями
Світові фінанси особливості взаємодії з національними фінансовими системами
© Усі права захищені
написати до нас