На протяжении всего своего существования человечество пытается понять - что такое гравитация, но до сих пор не может объяснить причины её возникновения и функционирования простым и понятным языком. Все существующие модели, описывающие это физическое явление, в той или иной мере ущербны, так как опираются на весьма зыбкий фундамент голословных утверждений, не имеющих ничего общего с реальностью.
Рассмотрим самые популярные тезисы по этой теме, которые приводятся в учебниках:
Все тела притягиваются друг к другу вследствие гравитации
Это утверждение можно назвать базовым практически для любой теории гравитации. Считается, что все без исключения тела испытывают по отношению друг к другу силу тяготения, которую и называют гравитацией. Жизненный опыт и здравый смысл подсказывают, что в реальности слова - Всегда и Никогда - редко отражают действительность, которая куда как разнообразнее. К тому же, утверждать, что наблюдаемые на Земле процессы в любой точке Вселенной происходят именно так и никак не иначе, по меньшей мере, антинаучно. Во всяком случае, до тех пор, пока человечество не проверит это на практике, ведь только так можно убедиться в своей правоте или наоборот, признать заблуждения. То есть, Закон Всемирного Тяготения, выведенный лишь по поведению Луны и Земли, а также, падающих с дерева яблок - тот ещё научный метод.
Но, вернёмся к предмету нашего интереса - гравитации.
Следует отметить, что некоторые тела действительно тяготеют друг к другу, но большинство из них обычно не проявляют никаких попыток к взаимодействию. Существуют и такие, которые наоборот, отталкивают от себя другие тела. Причём, тел и объектов, которые взаимно отталкиваются, ничуть не меньше, чем испытывающих тяготение, но подавляющее их большинство проявляет полное безразличие по отношению друг к другу. То есть, тезис о том, что все без исключения тела тяготеют друг к другу, непременно стремясь приблизиться или воссоединиться, на практике не подтверждается.
Можно провести бесконечное количество экспериментов по взаимному притяжению различных тел, и не обнаружить никакой тяги между ними, независимо от формы, массы, размеров и материала, из которых они состоят. Классический опыт с зарядами, который считается доказательством взаимной тяги всех без исключения материальных тел, вряд ли можно считать таковым, поскольку притяжение испытывают только разноимённые заряды, а одноимённые отталкиваются. К тому же, учебник физики утверждает о том, что большинство материальных тел обладают равным количеством положительных и отрицательных зарядов, и поэтому у них вообще нет никаких объективных причин для взаимодействия друг с другом. Опыты с магнитами тому подтверждение - сила притяжения проявляется в них столь же часто, как и отталкивания, достаточно лишь поменять один из полюсов. При этом, если вдруг возникнет необходимость в магните, его не сразу и отыщешь. Не то чтобы очень редкая вещица, но в повседневной жизни используется крайне редко.
Именно так и происходит в действительности - большинство тел, объектов и предметов в природе не обладают ни взаимным притяжением, ни отталкиванием. То есть, по отношению друг к другу они нейтральны на длительном промежутке времени, который может исчисляться годами и даже столетиями. Утверждение о том, что сблизиться предметам мешают какие-то объективные причины, к примеру, трение, также не выдерживает критики, ведь предметы можно подвесить на нитках, пружинах, погрузить в воду или каким-то другим способом компенсировать действие нежелательных факторов. Даже невесомость легко реализуется на борту специального самолёта, который летит по особой траектории, имитирующей свободное падение.
Утверждение о взаимном притяжении тел не имеет подтверждений и на глобальном масштабном уровне. Планеты солнечной системы на протяжении многих столетий изучаются астрономами, но между ними также не обнаружено взаимного тяготения. Даже во время Парада планет, когда большие и маленькие планеты выстраиваются в одну линию и дистанция между ними становится минимально возможной. Траектории их движения от этого ничуть не меняются, что может означать лишь одно:
Планеты Солнечной системы, независимо от их размеров и масс, не испытывают взаимного тяготения друг к другу.
Также астрономы обнаружили неуклонное увеличение дистанции между отдельными галактиками, что называют расширением Вселенной. То есть, взаимного тяготения нет даже между такими сверхмассивными объектами, как галактики.
Гравитация возникает вследствие искривления пространства
Согласно этому утверждению, вокруг любого тела пространство искривляется, и чем больше его масса, тем значительнее искажение, вызывающее притяжение к себе всех тел, обладающих меньшей массой. В качестве недостатков этого тезиса необходимо отметить минимум два существенных момента:
Во-первых, для того чтобы говорить об искривлении чего-либо, необходимо его каким-то образом зафиксировать - сфотографировать или измерить линейкой величину деформации. Даже если допустить, что Пространство действительно настолько пластично, что может подвергаться деформации, то логично предположить, что находящиеся в нём предметы тоже должны каким-то образом искривляться. Если же изменения формы самих объектов мы не регистрируем, то и другие физические параметры останутся прежними, ведь масса, объём, плотность, форма и элементный состав рассматриваемого объекта взаимосвязаны друг с другом, а вовсе не с пространством, которое не обладает характеристиками, свойственными материальным объектам. Именно поэтому оно никак не может взаимодействовать с реальными объектами, а уж тем более - менять их форму и свойства.
Второй довод состоит в том, что рассматривается почему-то лишь такая уникальная форма искривления пространства, при которой обязательно происходит взаимное тяготение тел. Случаи, когда искривление пространства ведёт к отталкиванию предметов или отсутствию какого-либо взаимодействия между ними, в рамках теории Эйнштейна не рассматриваются вообще. Другими словами - сторонники теории об искривлении пространства в своих математических расчётах видят лишь то, что желают видеть, но совсем не допускают того, что в рамках указанной теории также могло бы иметь право на существование. Соответственно, модель с искривляющимся пространством является лишь наглядной иллюстрацией определённых идей, но её практическая ценность весьма сомнительна.
Закон Всемирного тяготения
Само название закона Ньютона как бы настраивает на обязательность его исполнения в любой точке Вселенной. Для поверхности Земли и на некотором расстоянии от неё - обратно квадратичная зависимость силы тяготения от расстояния действительно подтверждается. Отчасти даже движение Луны относительно Земли может быть описано этим законом, так как именно его Ньютон взял за основу для вычислений. К огромному сожалению, "всемирность" закона на другие космические объекты почему-то не распространяется.
Аргументы следующие:
По какой-то странной причине тяготение Солнца действует на планеты, но никак не влияет на их спутники. Во всяком случае, Луна ведёт себя так, будто ничего кроме Земли поблизости нет. То же касается спутников Юпитера и Сатурна, к примеру, Титана и Ганимеда. Их диаметры лишь вполовину меньше земных, но солнечную гравитацию они откровенно игнорируют. В то же время, самая дальняя планета Солнечной системы - Плутон, размеры которого примерно такие же, как и у Луны, и во много раз меньше Ганимеда, будто бы привязана к Солнцу на верёвке длиной от 4 до 7 миллиардов километров. Получается, что солнечная гравитация на различные объекты действует выборочно, оказывая влияние лишь на планеты, обходя своим вниманием спутники, независимо от их размеров. Как Солнце отличает планеты от спутников - тот ещё вопрос!
Но и с расположением планет в Солнечной системе не всё гладко. Их распределение выглядит следующим образом - ближе всего к Солнцу расположены 4 планеты "малого круга" - Меркурий, Венера, Земля и Марс. Далее располагаются газовые гиганты - Юпитер и Сатурн, затем Уран и Нептун, размеры которых по отношению к тем и другим можно назвать средними. На периферии Солнечной системы расположены самые маленькие планеты-плутониды, с которых Солнца, возможно, и вовсе не видно, ведь несколько миллиардов километров - довольно большое расстояние.
Очевидно, что такая странная конфигурация планет в Солнечной системе с позиций закона всемирного тяготения Ньютона принципиально необъяснима, поскольку массогабаритные характеристики её участников довольно сильно отличаются. Если бы массы и размеры планет росли по мере удаления от Солнца или наоборот, уменьшались, можно было бы для этого найти рациональное объяснение, но существующее распределение в рамках школьного учебника физики принципиально необъяснимо. Тем не менее, даже такому странному природному феномену можно найти вполне достойное обоснование. Правда, для этого потребуется несколько иначе взглянуть на строение вещества, начиная с микромира. Тема весьма интересная и довольно обширная, поэтому как-нибудь в другой раз...
Сила гравитации зависит от массы тел
Тяготение всех предметов по направлению к центру Земли наука объясняет существованием гравитационного поля, которое и создаёт силу, тянущую все материальные тела вниз. Что собой представляет это поле, из чего состоит и какую форму имеет, учебник не спешит прояснить. Очевидно, что размеры гравитационного поля - величина произвольная в зависимости от выбора объектов рассмотрения. Если речь идёт непосредственно о Земле, то поднявшись лишь на сто километров вверх, можно стать невесомым настолько, что представить страшно. То есть, уже на расстоянии 300-400 километров планетарная гравитация практически отсутствует, и любое материальное тело на такой высоте может находиться достаточно долго, прежде чем упадёт на землю. А если это космическая станция, движущаяся по определённой орбите с некоторой скоростью, то и того дольше.
В случае, когда рассматривается тяготение между Солнцем и Плутоном, гравитационное поле уже почему-то действует на миллиарды километров. Нетрудно посчитать, что по тому же закону Ньютона, Меркурию пришлось бы упасть на Солнце сразу после своего "рождения". То же касается и трёх планет "малого круга", включаю Землю и всех её обитателей. Вследствие обратно квадратичной зависимости, рассчитанной Ньютоном, ведь если Солнце удерживает планету размером с Луну на расстоянии в несколько миллиардов километров, то в нескольких миллионах от него солнечная гравитация должна быть просто чудовищной.
Отсюда вывод:
Гравитационное поле - просто красивое название для силы, действие которой очевидно, но универсальной формулы для неё пока не изобрели. То есть, для каждой системы тел существует своя методика расчётов силы тяготения, возникшая вследствие конкретных наблюдений либо каких-то экспериментов.
К примеру, ускорение свободного падения для Земли не является константой, ведь в зависимости от широты, долготы и высоты, её значение может отличаться довольно сильно. И это выглядит странно, так как в законе Ньютона имеет значение лишь масса взаимодействующих объектов, а об их строении, форме и элементном составе не говорится ни слова.
Более того, скорость падения тел вообще не зависит от их массы, о чём знает любой школьник, регулярно посещавший уроки физики в школе. Если из стеклянной трубки откачать воздух, то внутри неё лёгкое пёрышко и камень упадут одновременно. Опыт Галилея с камнями и Пизанской башней о том же. А раз масса предметов при падении значения не имеет, то и формула всемирного тяготения Ньютона описывает что угодно, но не действие гравитации. Просто потому, что силу тяжести материального тела мы можем измерить только тогда, когда оно давит на какую-то опору, например, на пружинные весы. Соответственно, силу давления падающего предмета в реальности мы измерить не можем, а значит, масса в этом случае никакой роли не играет. Следует также отметить, что методика расчёта веса по формуле, в которой один из множителей - ускорение свободного падения - вообще выглядит абсурдно, поскольку тело, давящее на опору с некоторой силой, физически не может ускориться, так как вообще никуда не движется.
Другими словами, кроме математических формул, дающих результат, достаточно близкий к экспериментальным данным, на данный момент наука не имеет даже универсальной теории, которая годилась бы для всех проявлений гравитации. Потому и приходится использовать массу там, где она не играет никакой роли, а ускорение там, где нет движения.
Собственно, на этом обзор современных представлений о гравитации можно закончить, ведь и так ясно, что наука бессильна сказать что-либо определённое об этом природном феномене.
И всё же, мы попытаемся объяснить причину возникновения гравитации и механизм её функционирования.
Итак:
Гравитация - это просто!
В повседневной жизни с гравитацией мы сталкиваемся буквально на каждом шагу. Учителя в школе упорно твердили, что это лишь та сила, которая прижимает нас к поверхности Земли, но в реальности гравитация проявляет себя куда как разнообразнее.
К примеру, центробежная сила - это тоже действие гравитации, как и езда на велосипеде, когда от скорости вращения колес зависит его устойчивость. Поразительная стойкость гироскопа к внешним воздействиям связана с гравитацией самым непосредственным образом. Современная физика напротив - каждое из этих явлений считает самостоятельным физическим эффектом. При этом, объяснять "внутреннюю механику" таких природных феноменов особо не торопится, считая чем-то очевидным, и поэтому не требующим никакого научного обоснования.
Далее по тексту мы попробуем максимально просто и понятно описать причины возникновения физического явления, которое наука называет гравитацией.
Начинаем...
Гравитация, под которой мы понимаем силу, прижимающую все предметы к поверхности Земли, возникает вследствие движения материальных частиц, летящих из космоса в направлении планетарного ядра. Что собой представляют эти частицы, сейчас нас не особенно интересует. Намного важнее знать их свойства, а именно:
Никакого гравитационного поля у Земли и около неё не существует, а есть поток частиц, перемещение которых в пространстве довольно однообразно - из космоса в направлении планетарного ядра. Движение такого потока прямолинейно, поэтому называть его полем попросту некорректно.
Поскольку частицы движутся к центру сферы со всех её сторон одновременно, то по мере приближения к планетарному ядру плотность потока возрастает в геометрической прогрессии согласно формуле 4пr^2 (четыре пи эр квадрат). А раз частиц, участвующих во взаимодействии, у поверхности Земли становится заметно больше, чем в стратосфере, то и сила их давления на все предметы, находящиеся ближе к поверхности Земли, будет действовать заметно сильнее, чем на те, что располагаются на некотором удалении от неё. Отсюда и обратно квадратичная зависимость увеличения силы тяжести по мере приближения к поверхности Земли. Никакой мистики!
Именно поэтому и возник соблазн гравитационный поток назвать полем, ведь его поведение численно повторяет обратно квадратичную зависимость, свойственную и электромагнитному полю тоже. Но схожесть в проявлении вовсе не означает физическую тождественность происходящих процессов. И всё же, несмотря на различия действия гравитации и электромагнитного поля, не будем их считать обособленными друг от друга явлениями, поскольку одно без другого существовать не может. Но, об этом чуть позже.
Для космического потока, который согласно существующей традиции мы продолжим именовать гравитационным, все известные на Земле вещества физически прозрачны. То есть, гравитационный поток проходит их насквозь, оказывая определённое давление на каждый атом и молекулу вещества, встреченных на пути.
Если бы существовали поверхности, способные экранировать или отражать гравитацию, человечество уже давно пользовалось бы транспортными средствами, способными к левитации, то есть, к безопорному полёту.
Конечно, хотелось бы иметь такие устройства, но существуют более понятные способы преодоления гравитации, где на первый план выходят - давление, плотность, температура и другие физические явления.
Реактивный двигатель использует буквально весь этот арсенал, что позволяет успешно противодействовать силе гравитации. Самолёт и вертолёт опираются на атмосферный воздух, плотность которого внизу крыла или лопасти выше, чем над ним. Аэростат или воздушный шар принципиально ничем не отличаются от пузырьков воздуха, всплывающих в воде.
Следующий вопрос:
Почему тела разной массы в безвоздушной среде падают с одинаковой скоростью?
Обоснование следующее:
Действие гравитационного потока хорошо иллюстрирует течение реки, в которой малые и большие предметы - толстые брёвна и фантики от конфет - плывут с одинаковой скоростью. Там, где река сужается, скорость потока возрастёт, а на широких разливах её течение выглядит уже не столь явно. Соответственно, всё, что плывёт по реке, будет иметь одинаковую скорость. Вполне естественно, что тело, обладающее дополнительной энергией движения, в реке и гравитационном потоке будет двигаться быстрее, нежели остальные участники процесса, но это уже несколько иная история, впрямую не касающаяся гравитации. Та же зависимость наблюдается и при падении тел. Если находясь на вершине горы, бросить камень, при этом хорошо размахнувшись, то он окажется на поверхности Земли раньше, чем тот, который мы просто выронили из руки.
Из всего вышеперечисленного следует вывод о том, что при свободном падении тел в атмосфере все они будут иметь примерно одинаковую скорость движения. Конечно, при условии, что атмосферный воздух на сравниваемые тела оказывает схожее тормозящее действие. При отсутствии атмосферного воздуха парашютист и каменная глыба падали бы с одинаковой скоростью, что доказано опытным путём неоднократно.
Пришло время сообщить о скорости гравитационного потока, "падающего" на Землю на протяжении всего срока её существования, и даже в этот самый момент. Несмотря на то, что учёные скорость распространения гравитации принимают близкой к скорости света, в действительности она не столь стремительна. Во всяком случае, любое тело, падающее с какой угодно высоты, никогда не достигало скорости, превышающей 240 км/час. Конечно, если это не искусственный спутник связи, отработавший свой ресурс, или фрагмент космической станции, которые изначально движутся по околоземным орбитам с довольно большой угловой скоростью. Прилетающие из глубин Солнечной системы метеориты вряд ли можно считать "свободно падающими", так как они по определению имеют какую-то скорость, и довольно большую, если судить по утверждениям астрономов.
Соответственно, далее по тексту употребление термина - ускорение свободного падения - не имеет никакого смысла, поскольку любое падающее тело стремится разогнаться лишь до той скорости, которую имеет гравитационный поток, движущийся в направлении Земли. И если бы не сопротивление атмосферного воздуха, то любой предмет набирал бы её заметно быстрее, чем 9.8 метров в секунду за секунду. Достигнув скорости потока и сравнявшись с ней, разгон прекратится естественным образом, а значит, и ускорение будет равно нулю.
В непосредственной близости от земной поверхности тела при падении действительно разгоняются так, как написано в учебнике, но есть сомнения в корректности постановки эксперимента. Откачивается ли газ на всей дистанции пути падающего предмета, насколько велик его путь, с какой высоты от поверхности Земли начинается падение и на какой заканчивается? Собственно, результат любого опыта во многом зависит от того, какие значения желает получить сам экспериментатор и какой теорией руководствуется.
Конечно, эксперимент по уточнению скорости гравитационного потока можно было бы провести ещё сто лет назад, было бы на то желание. Но увы, это никому не нужно, ведь существующая теория гравитации всех устраивает. Действительно, какая разница - 200 км/час или 300 км/сек - сущая безделица! Переписывать учебники, переучивать учителей... Зачем?
Гравитация и магнитное поле Земли
Выше по тексту мы уже упомянули о некоторой связи гравитации с планетарным электромагнитным полем. Пришло время обозначить её более явно.
Многие исследователи прошлого подозревали, и небезосновательно, что гравитация - это прямолинейный поток, движущийся в направлении ядра планеты. В результате жарких дискуссий с оппонентами, вполне резонно утверждавшими, что "бочку нельзя наполнять бесконечно", пришлось признать прежние убеждения ошибочными, ведь, достигнув центра Земли, гравитационный поток должен куда-то деваться. Именно этот вопрос поставил окончательную точку в споре, и все прежние теории сдали в архив. Связать гравитацию с планетарным электромагнитным полем попросту никому не пришло в голову.
О существовании магнитного поля Земли человечество знало давно, во всяком случае, задолго до того, как появился первый компас. Эксперименты с магнитами также позволили сделать интересные выводы о том, откуда появляется сила у магнита, и почему она никак не согласуется с Законом сохранения Энергии.
Такая проблема в науке действительно существует, и заключается в том, что магнит проявляет силовое воздействие, вообще никак не используя собственную внутреннюю энергию. То есть, когда мы сближаем два магнита, они притягиваются или отталкиваются, но при этом не теряют и не приобретают часть массы, не нагреваются и не охлаждаются, то есть, полностью игнорируют законы термодинамики, которые предписывают всем без исключения телам при взаимодействии обмениваться массой либо энергией. Компромиссным решением было закрепить за магнитами "особые свойства", которые не подвержены действию главных физических законов, к которым относятся Закон сохранения Энергии и Закон сохранения Массы. К тому же, магниты из железа действительно постепенно утрачивают свои свойства, что признали естественным расходованием внутренней энергии, которая у них имелась изначально. Причём, не в момент взаимодействия, что было бы логично, а с течением времени - некоторые раньше, другие позже. Объяснения такому феномену искать не стали, решив заняться более серьёзными вещами - поиском новых элементарных частиц, исследованием термоядерного синтеза и прочими, сулящими звания и почести.
Постепенно с противоречивым поведением магнитов в отношении к основным законам природы наука как-то свыклась.
Тем не менее, проблема никуда не девалась. Дело в том, что современные магниты, в которых используются редкоземельные металлы, обладают куда как большей магнитной силой в сравнении с железными. К тому же, сохраняют её настолько долго, что есть основания подозревать о "неисчерпаемости" в них магнетизма. То есть, окончательный ответ на вопрос возникновения силы в магнитах лишь на некоторое время отложен, но окончательно не закрыт.
Единственное достойное объяснение, которое не противоречит Законам Сохранения, состоит в том, что сам магнит не является источником магнетизма. Он лишь проводник уже существующего электромагнитного поля, в среде которого пребывает. Благо, у поверхности Земли напряжённость этого поля довольно приличная.
То же самое можно сказать и об электромагнетизме, когда по катушке протекает электрический ток. Электромагнитная индукция в той же мере противоречит Закону сохранения Энергии, поскольку независимо от силы взаимодействия соленоида с куском железа или другим магнитом, протекающий по катушке ток остаётся неизменным. Можно приближать магнит или отдалять, амперметр не покажет никаких изменений, притом усилие, с которым мы будем удерживать магнит рядом с катушкой, может отличаться в разы.
Соответственно, разделение магнетизма и электромагнетизма на две самостоятельные дисциплины также представляется ошибочным, поскольку катушка из провода, по которой пропущен электрический ток, и любой "естественный" магнит, в схожих экспериментальных схемах ведут себя одинаково.
Разговор о магнитах возник лишь потому, что Магнитное поле у Земли возникает как бы ниоткуда. Утверждение о том, что оно генерируется планетарным ядром, выглядит здраво, но откуда берётся энергия для этого процесса, наука не торопится отвечать. Собственно, теперь у нас есть все необходимые кусочки картинки, которую нетрудно сложить в целое полотно.
Теперь ответим на вопрос:
Куда девается гравитационный поток, движущийся из космоса в направлении ядра планеты?
Вполне естественно допустить, что он преобразуется в родственный ему поток, но имеющий несколько иную организацию движения, а именно - в электромагнитное поле Земли. Потому и возникает эта странная закономерность, которую с лёгкой руки Ньютона именуют "законом обратных квадратов". То, что гравитационный поток, движущийся к центру Земли, у её поверхности имеет наивысшую плотность, так же как и планетарное электромагнитное поле, уже не выглядит совпадением или парадоксом, если предположить, что где-то в недрах планеты происходит преобразование одного потока в другой.
Таким удивительным образом гравитационный поток, идущий из космоса, превращается в планетарное электромагнитное поле, которое по мере удаления от Земли ослабевает и окончательно пропадает за пределами земной атмосферы.
То есть, на расстоянии примерно 1500-2000 километров от поверхности Земли уже нет ни гравитации, ни Магнитного поля Земли, что можно подтвердить инструментально, было бы на то желание.
Внимательный читатель возразит:
Такого не может быть, ведь космонавты, летающие на орбите Земли, обязательно используют оборудование, в котором обязательно присутствуют обычные магниты и электромагниты!
Ответ такой:
Пилотируемая космонавтика за всё время своего существования никогда не поднималась выше 450 км. К тому же, в среде профильных специалистов космосом называется всё, что находится более 100 км от Земли, где воздуха ещё предостаточно, хотя дышать им уже нельзя. Естественно, на таких высотах имеется и гравитация и планетарное электромагнитное поле, хотя они там в значительной мере ослаблены. Именно поэтому и пришлось специально создавать "очень сильные" магниты, которые могут работать и на таких высотах.
Что касается аппаратов, преодолевших не только границы земной атмосферы, но и планетарные радиационные пояса, то можно лишь догадываться об их электронной начинке. Какое оборудование на них устанавливалось, из открытых источников узнать не удалось.
Собственно, на этом обсуждение гравитации можно было бы закончить, но ранее по тексту утверждалось, что центробежная сила, как одно из проявлений гироскопического эффекта - это прямое следствие существования гравитации. Чтобы такое заявление не повисло в невесомости, далее по тексту попробуем связать эти природные феномены друг с другом, опираясь лишь на понятные физические законы.
Центробежная сила
Все попытки найти в учебнике понятное "механическое" объяснение существованию центробежной, изначально обречены на глубокое разочарование. Кроме того, что это:
Составляющая фиктивных сил инерции, которую вводят при переходе из инерциальной системы отсчёта в соответствующим образом вращающуюся неинерциальную",
мы вряд ли обнаружим что-то более ценное. Особенно радует уточнение - соответствующим образом вращающуюся - которое подразумевает, что не всякое вращение позволит перейти из одной системы отсчёта в другую. Будто бы от того, как посмотреть на то или иное явление - анфас или в профиль, результат будет какой-то иной. Более того, наука центробежную силу называет фиктивной, другими словами - кажущейся. То есть, на самом деле её как бы нет, а все эффекты, которые при этом возникают - это фикция и обман зрения. Даже несмотря на то, что массивный каменный маховик при определённой скорости вращения разлетается на мелкие кусочки. Довольно трудно силу, способную разорвать лист железа как бумагу, назвать фиктивной или кажущейся. Особо отметим - на Земле центробежная сила проявляет довольно грозный нрав, и если что не по ней, разорвёт на части даже очень прочный предмет. Проверено неоднократно!
К счастью, в космическом пространстве, даже в непосредственной близости от Земли, центробежная сила уже не столь разрушительна. Более того, для её обнаружения придётся вооружиться сверхчувствительными приборами, да и они вряд ли помогут...
Дело в том, что наблюдения за поведением тел в космическом пространстве явно указывают на то, что центробежная сила за пределами земной атмосферы если и существует, то проявляет себя достаточно вяло. Планеты вращаются вокруг Солнца по своим орбитам миллионы-миллиарды лет, и им ничто не мешает повторять свой путь раз от раза по тем же траекториям, что и раньше. Орбита Земли если и увеличивается в диаметре на один-два метра за столетие, то вряд ли это можно как-то связать с действием центробежной силы. Скорее, с изменением массы планеты, которая по какой-то неведомой причине действительно увеличивается, что наука признаёт.
Будь проявление центробежной силы в космосе более или менее существенным, при движении вокруг Солнца со скоростью примерно 30 км в секунду, Земля могла бы удаляться от него куда как стремительнее.
Несмотря на то, что расстояние между галактиками неуклонно растёт, их собственный размер вряд ли сильно изменился за последние сто-двести лет, притом, что скорость их вращения относительно своих центров весьма внушительная. По утверждениям астрономов, в составе галактики Млечный Путь наше Солнце движется со скоростью примерно 200 км в секунду, но за весь период наблюдений оно вряд ли существенно изменило своё местоположение относительно других звёзд.
Космонавты, проводившие различные эксперименты в невесомости также отметили странное поведение вращающихся предметов. Пожалуй, самый известный из них, именуемый "Эффектом Джанибекова". Он заметил, что центробежная сила на высоте всего в 400 км от Земли ничуть не мешает вращающейся гайке поворачиваться в любой плоскости. То есть, гироскоп в невесомости уже не так активно проявляет свои чудесные свойства и его можно разворачивать как угодно без особых усилий. В результате серии научных экспериментов, проведённых на околоземной орбите, мысли о создании искусственной гравитации с использованием центробежной силы постепенно развеялись. И это притом, что до начала эры пилотируемой космонавтики такие планы действительно существовали. В различных научно-популярных изданиях довольно часто публиковались изображения огромных космических станций с вращающимися кольцами, где предполагалось расположить каюты космических путешественников. Именно таким образом предлагалось создать искусственную гравитацию. Сейчас эта идея в среде специалистов даже не обсуждается. Интересно, почему?
Собственно, список нестыковок и неловкостей, связанных с центробежной силой вне Земли можно было бы продолжить, но в этом нет необходимости, поскольку и так очевидно, что причины её возникновения самым непосредственным образом связаны с планетарной гравитацией. В невесомости центробежная сила перестаёт действовать, поскольку там нет достаточного количества частиц, ответственных за возникновение гравитации.
Довольно лирики!
Вернёмся к обсуждению физического феномена, называемого центробежной силой. Для этого взглянем на следующую картинку:
Рис. 38
На представленной выше схеме изображён вращающийся диск, укреплённый на вертикальной оси. Поскольку под весом предмета мы понимаем силу его давления на опору, то вполне естественно её следует измерять в том месте, куда показывает стрелка с обозначением Fg. Центробежная сила Fc действует одновременно по всем осям, проходящим через центр вращения, притом, максимальное её значение будет на краю диска. То есть, там, где начинается синий пунктир со стрелкой, обозначенный как Fc. Также на картинке присутствует тангенциальная сила Ft, действующая в плоскости вращения перпендикулярно радиусу.
Красные пунктирные линии с литерой g - это гравитационный поток, движущийся в направлении земного ядра. До момента, пока диск не начнёт вращаться, движение гравитационного потока будет однонаправленным, охватывая весь объём тела и прижимая его к поверхности Земли. То есть, вес предмета на Земле зависит от его массы и плотности проходящего через него гравитационного потока. Если мы поднимем на вершину Эвереста какой-нибудь предмет, то его вес несколько уменьшится. При этом каждый последующий километр будет снижать вес предметов заметно быстрее, поскольку по мере подъёма плотность гравитационного потока будет падать в геометрической прогрессии.
Как уже отмечалось ранее по тексту, все без исключения предметы на земле для гравитационного потока физически прозрачны. То есть, он проходит сквозь любое вещество, но при этом испытывает некоторое затруднение, которое и вызывает эффект тяготения. А раз взаимодействие гравитационного потока с любым веществом - явление, доказанное инструментально, то и материальные тела также могут оказывать определённое действие на частицы, вызывающие гравитацию. До сих пор мы рассматривали лишь покоящееся или малоподвижное тело, на которое действовала гравитация, прижимая его к некоторой опоре.
Следующий вопрос:
Что произойдёт, если тело начнёт двигаться относительно гравитационного потока?
Очевидно, что теперь само тело будет оказывать влияние на поток, увлекая часть его элементов в другом направлении, отличном от вертикального.
Если гравитационный поток, проходящий сквозь тело, оказывает на него некоторое силовое воздействие, то и движущееся тело также будет влиять на поток.
Теперь вспомним, что вращение - это тоже форма движения, где инерция играет далеко не последнюю роль, но зато скорость мы можем изменять в довольно широком диапазоне, в буквальном смысле - не слезая с любимого кресла. К тому же, для исключения таких факторов, как сопротивление воздуха и потери на трение, можно использовать довольно скромный арсенал технических средств - качественные подшипники и гладкую поверхность самого диска, что будет разумной альтернативой откачке воздуха из помещения, где проводится опыт.
Итак:
При раскручивании диска мы заставим часть элементов гравитационного потока g (рис. 38) развернуться в плоскости вращения, в результате чего на внешней кромке диска возникнет дополнительная сила тяжести, действующая перпендикулярно оси вращения. Собственно, это и является единственной причиной возникновения центробежной силы Fc, которую учебник физики описывает столь туманно. Чем выше скорость вращения диска, тем большее количество частиц гравитации будет вовлекаться в процесс создания дополнительной тяжести в плоскости вращения. Основной гравитационный поток продолжит своё естественное движение из космоса в направлении планетарного ядра, но та его часть, что падает на самый край диска, вращающийся достаточно быстро, отклонится от своего привычного направления, развернувшись в плоскости вращения тела, вызвав уже знакомые нам физические явления. И это будет не какая-то мифическая "составляющая сил инерции", а обычный вес предмета, но действующий не вниз, а перпендикулярно оси вращения.
Это означает, что катаясь на каруселях в парке развлечений, показывая знакомым фокус с вращающимся ведром, из которого не выливается вода, и испытывая тяжелейшие перегрузки в центрифуге, мы заставляем гравитацию действовать в несколько непривычном для неё направлении, только и всего. Возникающая в подобных случаях сила вовсе не фиктивная и не кажущаяся - это Вес предмета, измеряемый в тех же граммах, килограммах, тоннах, и даже в ньютонах, если хочется придать измерению чуть больше научного пафоса. Хотя, обычный бытовой безмен мало чем отличается от динамометра.
Также следует заметить, что эффект снижения веса у вращающегося диска действительно возникает, но он настолько незначителен, что говорить о настоящей победе над гравитацией при такой постановке опыта несколько преждевременно. Более серьёзные результаты можно было бы получить, раскрутив диск ещё быстрее, но его механическая прочность далеко не безгранична, притом, что сила тяжести, возникающая на краю диска, будет расти в геометрической прогрессии по мере увеличения скорости. Это обязательно приведёт к печальным последствиям - диск попросту разорвёт на части. Соответственно, идею постройки летающей тарелки на основе вращающихся дисков категорически отвергаем по причине крайне низких "силовых характеристик" и высокой аварийности подобного рода конструкций.
Теперь вспомним о том, что езду на велосипеде мы тоже связывали с гравитацией.
Собственно, речь пойдёт не столько о самом велосипеде, сколько о вращающихся колёсах, ведь именно благодаря им, вся система обретает особую устойчивость.
Когда бабушка, наблюдающая за катающимся внуком, говорит ему, чтобы тот ехал помедленнее, считая такую езду более безопасной, она совсем не понимает главной причины, благодаря которой велосипед при езде не падает на бок. Она весьма прозаична - чем быстрее крутятся колёса, тем труднее упасть с велосипеда. Конечно, тормоза при этом должны быть исправны, ведь на дорогу может выскочить соседский кот или что-то более крупное.
Когда мы ранее обсуждали вращающийся диск, то умышленно расположили его параллельно поверхности Земли, чтобы особо выделить момент разворота "силовых линий" гравитационного потока. Но это вовсе не означает, что вращение в вертикальной плоскости приведёт к иным результатам. Колёса велосипеда при езде располагаются перпендикулярно к опоре, но свойства вращающегося диска останутся прежними. То есть, дополнительная сила тяжести, возникающая при вращении велосипедного колеса, будет действовать по всей окружности, и поэтому та часть дополнительного веса, что направлена вверх, компенсируется той, что действует вниз. В результате произойдёт уравновешивание всех указанных сил, придавая системе эффект особой устойчивости, будто бы колёса от опрокидывания удерживает множество рук, тянущих обод в разные стороны одновременно. При этом вес самого велосипеда не изменится.
Обратим особое внимание на то, что обычно под гравитацией мы понимаем только тяготение предметов.
Это не совсем верно, ведь гравитационный поток в зависимости от конкретных условий может не только сдавливать тело, но и растягивать. То есть, если мы находимся внутри вращающейся системы, нас придавит к ограждению, находящемуся на краю диска. Ощущения будут в точности те же, что от обычного земного тяготения. В случае, когда ограничения нет, нас будет выталкивать за пределы системы - отрывать от опоры.
То есть, привычное представление о гравитации, исключительно как о силе тяготения, не совсем верно, поскольку она может действовать как угодно - притягивать и отталкивать в зависимости от конкретных условий.
