Б. М. Попов
10.09.2015 г.

  На главную раздела "Научные работы"


Природа ничего не делает напрасно и не
достигает с помощью многого того, что можно
было достигнуть с помощью немногого.
И.Ньютон

          Ни одна из теорий гравитации не предлагает способа искусственного наделения тела притяжением заданной интенсивности, что, собственно, только и интересно для практики. Не имея ответа о природе электромагнетизма, мы, тем не менее, можем изготовить электромагнит, превосходящий магнит природный. В природе встречаются естественные магниты, именно их доступность и позволила открыть (случайно) явление электромагнитной индукции, а затем и создать электромагнит, который с естественным магнитом внешнего сходства не имеет. Облигатным признаком электромагнита, соленоида, является кручение. Естественных «гравитов» в природе нет, но давайте попробуем методом вращения и кручения, уже апробированным на создании электромагнитов, получить способ создания искусственных гравитов.

          В науке есть очень важный постулат: «надо видеть то, что есть, и не говорить о том, чего нет». Поэтому характеристики и закономерности природных явлений, физический механизм которых нам неизвестен, должны определяться только по результатам наблюдений и измерений. При изложении способа создании гравитирующих объектов не станем уходить от реальности – будем использовать только объекты с интуитивно понятными свойствами, т.е. такие, которые вызывают в нашем воображении четкий образ, полученный из жизненного опыта (каждодневной практики). То есть, мы забываем про электромагнетизм, позитроны, фотоны, энергию, сингулярности, струны, браны и прочее. И никакой математики! Физика, берегись математики! Так же советовал поступать и Леонардо да Винчи: "Те, кто, изучая науки, обращаются не к природе, а к авторам, не могут считаться сынами природы: я бы сказал, что они только ее внуки. Лишь она одна – подлинная руководительница настоящих гениев; между тем, как это ни глупо, смеются над человеком, предпочитающим учиться у самой природы, а не у авторов".

          Наблюдения и эксперименты показывают, что все доступные нашему наблюдению тела сами по себе движутся по эллиптическим траекториям космологических масштабов. Это показано на рис.1, который взят из работы профессора Бутикова Е.И.

Пример изображения

          Из наблюдений и измерений известно, что характер движения тела по орбите не изменяется при изменении его массы. Если мы аккуратно разделим тело на несколько частей, то каждая часть тела останется на той же орбите, на которой она находилась до расчленения тела. То есть, орбитальное движение не зависит от массы тела. Мало того, что оно не зависит от массы своего тела, движение тела по орбите не зависит и от массы центрального тела. Например, массы Юпитера и массы Земли сильно отличаются друг от друга, а орбита Ио, спутника Юпитера, практически не отличается от орбиты Луны, спутника Земли. Данное обстоятельство говорит о том, что для тела, правильно поставленного на орбиту (поселённого на орбите), для удержания на орбите никаких центростремительных сил не нужно, и сил тангенциального характера тоже не нужно. Значит, если сделать массу центрального тела нулевой, по сути, просто убрать его, то его спутники останутся на своих старых орбитах.

          Никаких центробежных сил не испытывает и космонавт в МКС, его не прижимает к «потолку» станции, его не прижимает и «полу» станции – нет центростремительных сил, он находится в состоянии невесомости. Дело в том, что орбиты МКС и космонавта совпадают. Сама собой орбита не меняется. Поэтому, поставленная на орбиту МКС, исходно обращённая иллюминаторами к земле, будет двигаться по орбите без помощи внешних сил, сохраняя обращённость иллюминаторов на землю. То есть двигаться так, как показано на левой стороне рис. 2, а не так – как на правой его стороне.

Пример изображения

          Это происходит потому, что все части установленного на орбиту тела сохраняют свои орбиты. Очевидно, что это движение чисто инерционное. Инерционное движение – это движение, которое для своего поддержания не требует внешних причин, и которое не оставляет следов. Вращающемуся шару для продолжения вращения не требуется внешней поддержки. Луна, другие спутники планет, искусственные спутники земли при орбитальном движении не имеют собственного вращения, всегда повёрнуты к поверхности планеты одной стороной, никакие внешние причины для этого не привлекаются. Не обнаруживается и внешних причин для сохранения пребывания планет в плоскости эклиптики. Благодаря чему вокруг собственных осей вращается Земля и другие большие планеты – отдельный разговор. Посмотрите на рис.3 движение, поставленного на орбиту тела (я изобразил его в виде гантели). Понятно, что у него есть только один путь перемещения без нарушения сохранения момента количества движения. Красные позиции невозможны. Кстати, иначе гироскопический эффект не мог бы проявиться.

Пример изображения

          Ещё Галилей считал, что движением «по инерции», которое не требует специальных «причин», является равномерное круговое движение. Он оперировал понятием круговой инерции.

          Принять идею круговой инерции нелегко. Жители земли, не приучены к оперированию представлениями космологического масштаба. Избавиться от представлений о прямолинейной инерции помогают следующие рассуждения и изображения. С древних времён известны следующие машины: рычаг, ворот, блок, винт, клин. Функционирование указанных машин идёт только в присутствии инертной земли. Наличие всех этих машин при внимательном рассмотрении мы обнаружим в пружине. Но функционирование пружины, в отличие от остальных машин, не привязано к земле. Пружина - устройство, способное аккумулировать момент количества движения. Что прекрасно демонстрирует пружина «слинка» (Рис.4).

Пример изображения

          Движение по инерции происходит благодаря наличию у вещественных тел фундаментального природного свойства, инертности - принципа существования природной стабильности. Тело, поставленное на орбиту – это НЕ МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА, а упругая «склейка» множества атомов, внутри которых всё вращается. Понятно, распространение деформации внутри тела не мгновенно, поэтому каждый слой тела наследует участок орбиты предыдущего слоя. Это можно увидеть на примере пружины-слинки. Каждый следующий виток пружины идёт «по следу», предыдущего витка. На рис.5 показана часть вращающегося по орбите тела. Применяя метод аналогии с пружиной «слинка», приходим к пониманию круговой инерции.

Пример изображения

          Это явление нашло свое отражение в термине из системного анализа - «телеологические механизмы», характеризующем материальный механизм через использование понятия «циклическая причинность», наблюдаемого в системе, где новые формы поведения посредством «обратной связи» находятся под влиянием прежних форм. Кроме того в науке принято различать два различных значения термина "статический". Одно значение - это неизменный в смысле не имеющий двигающихся частей. Другое значение - это одинаковость с одного мгновения до другого посредством постоянной непрерывной замены всех двигающихся частей. Но понятно, неподвижных тел не существует, ибо нет тел без орбит, поэтому различать тут нечего. В самом деле, твёрдый вещественный шар может вращаться вокруг своей оси бесконечно долго. Твёрдое тело, поставленное на эллиптическую орбиту, само по себе параметры орбиты не меняет, тут тело и орбита есть законченная сущность, не делящееся на тело и орбиту. Очевидно, что инерционное движение твёрдых тел по эллиптическим траекториям – это и есть истинная сверхтекучесть. Тело с орбитой – сверхтекучий вихрь! Эта мысль пришла ко мне при чтении статьи Бердинских В.В. «Физика самоподдерживающихся гидродинамических систем».

          Теперь мы вооружены реальным знанием и готовы к восприятию новой теории гравитации, отличной от теории Ньютона.

          По Ньютону (Определение II): количество движения есть мера такового, устанавливаемого пропорционально скорости и массе. Количество движения целого есть сумма количеств движения отдельных частей его, значит для массы, вдвое большей, при равных скоростях оно двойное, при двойной же скорости – четверное. Но скорость – понятие относительное. По Ньютону у вращающегося шара количество движения равно нулю! Долой, Ньютона! И не только его методы, но язык его понятий.

          В дальнейших рассуждениях будем опираться на неизвестное Ньютону понятие момента количества движения, на наглядные проявления его сохранения.

          Момент количества движения, мера вращения, – это много менее эфемерная характеристика, чем просто количество движения, которое относительно (скорость - относительна, а масса - неизменна). Определение из Википедии

          Моме́нт и́мпульса (кинетический момент, угловой момент, орбитальный момент, момент количества движения) характеризует количество вращательного движения. Величина, зависящая от того, сколько массы вращается, как она распределена относительно оси вращения и с какой скоростью происходит вращение. Следует учесть, что вращение здесь понимается в широком смысле, не только как регулярное вращение вокруг оси. Например, даже при прямолинейном движении тела мимо произвольной воображаемой точки, не лежащей на линии движения, оно также обладает моментом импульса. Наибольшую, пожалуй, роль момент импульса играет при описании собственно вращательного движения. Однако крайне важен и для гораздо более широкого класса задач (особенно — если в задаче есть центральная или осевая симметрия, но не только в этих случаях).

          В движениях спортсменов и балерин видно много эффектных вращений. Вся биомеханика на них построена. Так вращающийся фигурист, сводя и разводя руки, меняет момент инерции тела и, благодаря сохранению момента количества движения, резко меняет угловую скорость вращения. И не только когда разводит (сводит) руки, но и когда приседает (для нас это важно) и выпрямляется, то изменение момента инерции тела и здесь приводит к изменению угловой скорости вращения. На рис.6 и рис.6а приведены данные по изменению момента инерции спортсмена, изменяющие угловое вращение. Рисунки взяты из учебника физики Р.В. Поля. Том 1. Механика, акустика и учение о теплоте, стр. 104.

Пример изображения

Пример изображения

          Культура мышления предполагает, что не надо умножать сущностей там, где одна простая идея автоматически генерирует все следствия. Интересную мысль высказал по аналогичному поводу известный почвовед Степанов: объём понятия должен делиться только по одному основанию. Это означает, что, например, на одной карте нельзя выделять почвенные контуры в одном случае по растительности, в другом – по горным породам, в третьем – по какому-либо приглянувшемуся элементу ландшафта. Поэтому и мы движение будем «делить» по одному основанию – моменту количества движения.

          Но, однако, достаточно подготовительных рассуждений. Sapienti sat.

          Теперь – конструктивный подход к созданию явления гравитации. Берём однородный вещественный шар радиуса r с моментом инерции i, разогреваем его до перехода в жидкое состояние, раскручиваем шар до получения им момента импульса равного M, и надуваем его как мыльный пузырь до радиуса R. Его момент инерции возрастёт до значения I, угловая скорость уменьшится до значения соответствующего сохранению момента импульса M. «Заморозив» оболочку шара до отвердения, мы тем самым закрепим частицы вещества на чуждой для них орбите, на которую они «не поставлены». Но ведь каждая частица оболочки сохранила момент количества движения, полученный при исходно раскручивании! Избавиться от него невозможно. Поэтому любая частица большого шара, оторванная от любой точки его поверхности (получившая свободу), будет направляться в сторону центра шара (а куда же ещё) само собой инерционно по орбите определённой наличным моментом количества движения по так называемой баллистической траектории.

          А реально - по спирали, если, разумеется, преодолеет оболочку (т.е. по той же траектории, по которой она оказалась в оболочке пузыря). Именно из «любой» точки, включая полюс, для понимания этого факта мы и говорили выше, что фигурист меняет скорость вращения, когда не только разводит и сводит руки, но и когда приседает, и выпрямляется (рис.6).

          Понятно, что снять гравитационный эффект с вещественного тела земли можно обратным перекручиванием тела. Что собственно и делает ракета, изменяющая момент импульса спутника, тем самым переводящая спутник с поверхности земли на орбиту, которая не упирается в землю. Знаю, читатель ждёт от меня способа получения антигравитации для создания личной летающей тарелки. Его я вам не дам, но дам совет: будьте осторожны, учтите, откручиваясь (отверчиваясь) от земли, вы упадете на Солнце. Известные инженеры Икар и Дедал именно там и оказались. Вам это нужно?

          На самом деле тут наблюдается эффект самоорганизации. Ибо смысл самоорганизации состоит в самосохранении, в возврате от любых искусственных отклонений к проектным (собственным) значениям. Самоорганизация – это возврат из принудительного состояния, в состояние естественное. Самоорганизация смотрится синтезом, а синтез возможен, если есть фактор, который итожит процесс становления. Вот исходные и собственные (инерционные) значения и образуют тот фактор, который итожит процесс становления.

          На фоне проявления глобального момента количества движения, имеющегося у частицы вещества земли от исходного раскручивания и «надувания» оболочки земли, наш искусственный гравитационный эффект обнаружить нелегко, но в невесомости - элементарно. Впрочем, раскрутитесь на коньках с прижатыми к плечам руками, а затем резко выбросьте руки в стороны чуть ниже уровня плеч (Рис. 6б). Вы получите чёткое ощущение притяжения рук к телу.

Пример изображения

          Можно наблюдать искусственную гравитацию и в домашних условиях. На ютубе много клипов с мыльными пузырями на морозе. Посмотрите на замороженный мыльный пузырь, изображённый на рис.7, ничего не напоминает? А материки?

Пример изображения

          Понятно, при раздувании пузыря мыльная жидкость несколько закручивается. Вот у проколотого пузыря на рис.8 стенки отверстия закручиваются внутрь, а не наружу.

Пример изображения

          Полагаю, читатель уже понял, куда клонит автор. Мол, Земля и планеты и Солнце – нечто вроде мыльных пузырей, а как же масса? И почему автор о ней почти не вспоминал?

          Ну, во-первых, Земле Ньютон массу просто назначил, а массы остальных тел считались от массы Земли. Он прикинул, что Земля – это шар, сплошь заполненный веществом с плотностью 5.5. Назначь он земле массу в миллион раз большую, ничего бы не изменилось, только т.н. «гравитационной постоянной», которую фактически никто никогда не измерял (А.А. Гришаев http://newfiz.narod.ru/digwor/digwor.html раздел 2), пришлось бы присвоить другое значение.

          Во-вторых, до сих пор нам масса была не нужна. Масса – это ведь свойство вещества, а свойства не существуют сами по себе, они проявляются в обладателе свойства в конкретных условиях, и в определённом смысле. Свойство вещества - масса, никак не проявляется в свободном (инерционном) движении. Свойство вещества, называемое массой, проявляется лишь при ударном контакте, приводящем к смене траекторий. Как бы влияет на перераспределение моментов количества движения тел при столкновении, в результате пересечения их орбит. Масса проявляется через упругость (деформацию). В пружинных весах взвешивание происходит за счёт силы упругости пружины. Почему вы решили, что сила упругости пружины пропорциональна массе? Интуитивно? Очень хорошо! На самом деле суть в том, что не только пружина, но и взвешиваемое тело тоже деформируется. И именно степень деформации и отражает его масса. Иного смысла масса для вещественных тел не имеет! Деформация – это процесс и, поскольку деформация внутри вещественного тела распространяется с конечной скоростью (не выше скорости звука для данного вещества) и имеет колебательный характер, то разные части столкнувшихся тел будут деформированы в разной степени. Более того, степень деформации тел в процессе обмена моментом количеством движения всё время изменяется, и уловить тут нечто «равномерное» или «равноускоренное» - невозможно и искать «точку приложения момента силы» - дело безнадёжное. Ещё при установившемся равновесии с пружиной можно говорить о неком подобии постоянства массы, а при произвольных столкновениях тел, о неком проявлении постоянства их масс говорить не имеет смысла. Всё тут очень индивидуально. При столкновении тела деформируются и, следовательно, изменяются их форма (габариты), поэтому изменяются и моменты инерции, а следом меняются их угловые скорости вращения. Так происходит обмен моментами количества движения. Вот в этом контексте разговор о массе уместен.

          Интересно, но ни в одном учебнике не приводится формул для расчёта перераспределения моментов импульса у вращающихся тел при их столкновении в результате пересечения орбит!

          В-третьих, уточняю ещё раз, фигурируемое в учебниках свойство вещества - масса, никак не проявляется в свободном (инерционном) движении. То есть, проявления массы нет не только у «покоящегося» эйнштейновского фотона, а и, поскольку покоя вообще нет, то у любого инерционно следующего по своей орбите вещественного образования. Свойство вещества, называемое массой, проявляется ТОЛЬКО в условиях ударного контакта, приводящего к изменению орбит. Изменение орбит (фокусных расстояний, угловых скоростей) - индикатор этого изменения. Но выбрав индикатор изменения, необходимо найти факторы, влияющие на это изменение. Таких факторов здесь масса. Характер изменений тут определяется не только углом, под которым «встретились», следующие по своим орбитам тела, но и от количества вещества в телах и его пространственного распределения, от интенсивности собственного спин-спинового вращения тел и значением тангенциальных скоростей тел точке столкновения и т.д. Обращаю внимание, в данных условиях и в продекларированном смысле, степень проявление свойства - масса - зависит от орбитальных скоростей тел, зависит достаточно сложным образом. Общего математического решения этой задачи не существует. Поэтому ни в одном учебнике не приводится формул для расчёта перераспределения моментов импульса у вращающихся тел при их столкновении в результате пересечения орбит! Конечно, нужно понимать, что вещественные тела - это сборка (агрегация) неких частиц (пусть атомов) с одинаковым (близким численно и векторно) спин-спиновым и спин-орбитальным угловым моментом движения. Сами по себе моменты импульса не изменяются, вот и «сверхтечёт» это синхронизированное сообщество одним монолитом. Следует отметить распространённое заблуждение о якобы свободном вращении тела вокруг некоего центра масс. Нет такого вращения, поскольку в свободном движении нет проявления такого свойства как масса, а значит и проявления её центра.

          В-четвёртых, поскольку орбиты сами по себе не растут (момент импульса – штука прочная, прочнее дамасской стали), то никакой деформации у вращающегося с постоянной угловой скоростью в невесомости вещественного шара не будет, ибо причины для смены орбит частиц шара, включая причины для смены плоскости эклиптики, нет. И на частицы этого шара, никакие «центробежной силы» не действуют. Следует отметить распространённое заблуждение о якобы свободном вращении тела вокруг некоего центра масс. Выше сказано, что в свободном движении нет проявления такого свойства как масса. Но не нужно центр масс путать с центром тяжести. Если юлу (волчок) раскрутить на земле с наклоном к горизонтали, а потом отпустить, то ось вращения волчка сразу выпрямится, будет направлена к центру земли, перпендикулярно к горизонтали. Вы понимаете, почему так происходит? Мы же только об этом говорили. Смелее! Кстати, неплохое видео, для иллюстрации сказанного. http://othereal.ru/gravitaciya/

          Хотя интерпретация содержания клипа его автором местами оставляет желать лучшего. Часть этих опытов есть в учебнике физики Р.В. Поля.

          И, наконец, в-пятых, при описании вращательного движения понятие массы и, соответственно, понятие центра масс - не применяется, и потому тут не имеет смысла говорить и о центре тяжести вращающегося тела. Вместо массы в данном случае оперируют моментом инерции. Если массу определяют статически, по растяжению пружины (кстати, почему вы считаете, что растяжение пружины равно массе?), то величину момента инерции тела относительно какой-либо его оси вращения определяют динамически, методом крутильных колебаний. Понятно, в отличие от массы, у момента инерции нет какого-либо одного значения, - относительно разных осей и значения момента инерции будут разными. А осей, относительно которых можно крутить тело, бесконечное множество. Разумеется, нужно рассматривать и случаи вращения тел вокруг осей, выходящих за габариты тела. Но хотя осей вращения у вещественных тел бесконечно много, две из них выделяются из всех остальных, это оси с минимальным и максимальным значением момента инерции. Относительно этих осей (свободных осей) вращение осуществляется стабильно. Известно со времён Эйлера, только вокруг этих свободных осей возможно устойчивое вращение. Можно, разумеется, констатировать (и экспериментально это подтверждено), что твёрдые тела могут одновременно участвовать только в двух орбитальных движениях. В одном, с минимальным значением момента инерции, в другом – с максимальным его значением. Например: Луна вращается вокруг оси, проходящей через центр Земли и оси, проходящей через центр Солнца. Земля же вращается вокруг оси, проходящей через её центр и оси, проходящей через Солнца. И никаких иных вращений нет ни у Луны, ни у спутников других планет, ни у искусственных спутников Земли.

 

Добавить комментарий Сообщение модератору


Защитный код
Обновить