Природа гравитационных сил

Размещено на http://www.allbest.ru/

Природа гравитационных сил

Станислав Ананьин

ГИПОТЕЗА

В жизни каждое мгновение, не замечая сами того, мы сталкиваемся с силовыми полями: гравитационным и магнитным. И хотя эти поля не похожи друг на друга, их объединяет одна закономерность. Так при помещении в гравитационное поле (ГП) Земли материальной точки, на нее начинает действовать сила, пропорциональная массе этой точки, и направленная перпендикулярно касательной к поверхности планеты. Заменив материальную точку на элементарный магнит (магнитный диполь), помещенный в земное магнитное поле (МП), мы можем заметить такое же действие (См.Рис.1).

магнитный электрон орбита диполь

Рис. 1. На магнитный диполь, помещенный в земное магнитное поле, действуют силы притяжения, равнодействующая которых направлена перпендикулярно к поверхности планеты. Здесь: Вт - вектор магнитной индукции главного поля; Вн и Bz - соответственно, векторы горизонтальной и вертикальной составляющих Вт.

Как известно, на магнитный диполь, помещенный в неоднородное МП, помимо вращающего момента сил, стремящегося привести его в положение устойчивого равновесия, действует еще сила, втягивающая в область более сильного МП. Эта сила, есть ни что иное, как результирующая магнитных сил, действующих на каждый полюс. Оба поля неоднородны, то есть по мере удаления от поверхности планеты происходит их ослабление (иными словами, существует градиент поля). Вследствие этого, силы, действующие на магнитный диполь, распределяются по-разному и зависят от наклонения ( J ) силовых линий МП, например, в положении 0?< J<90є (Рис.1б). Если принять во внимание, что результирующая сила направлена перпендикулярно касательной к поверхности Земли, то получается явная картина ГП.

Возможно ли такое? Допустим, что да. Но тогда необходимо выяснить, что это за МП, играющее главную роль в тяготении.

Для этого, представим МП Земли как поле однородно намагниченного шара радиусом R з и ось вращения совместим с магнитной осью. Тогда, на атом вещества, находящегося у поверхности земного шара в области, например, магнитного полюса, где вектор МП Вт (Вт=В z ) направлен перпендикулярно касательной к поверхности по оси OZ и зависит только от координаты Z , будет действовать сила притяжения:

F = Pmz qrad B (1)

Где: Pmz - вектор магнитного момента (ММ) атома вещества, ориентированный по оси OZ.

Магнитные свойства атомов определяются магнитными свойствами их электронов, движение которых по орбитам эквивалентно некоторому замкнутому контуру с током. Поэтому, выразим Pmz атома через МП в его центре:

H = 1/4· р 2 Pmz / r³ ; откуда Pmz = 2 р r³ H

где: r - средний радиус проекций орбит электронов на плоскость, перпендикулярную вектору Р mz.

Предположим, что выражение 2 р r ³ есть объем атома V а, тогда

Р mz = H V а.

В одном кг-атоме вещества содерхится N_A число атомов (число Авогадро). Допустим, что векторы ММ всех N _A атомов ориентированы вдоль направления внешнего поля Вт. Тогда, ММ одного кг-атома вещества равен будет векторной сумме ММ всех N_A атомов:

Pmz = N_AH V а

Подставим Pmz в формулу (1), получим:

F = N_AHV а gradB (2)

По модулю F будет равна:

F=N_AH Va dB/dZ (3)

При условиях, что Va=m/ с и dB/dZ = - 3 Bz/R з [10], формулу (3) можно представить как:

g = - N_A H/с 3 Bz/R з (4)

Из полученного равенства видно, что все величины для данной координаты R з должны быть неизменными. Собственное МП вещества для различных веществ разное, так же, как различна их плотность. Но все вещества в ГП испытывают одинаковое ускорение свободного падения, поэтому, для выполнения данного равенства отношение МП вещества к его плотности должно быть постоянной величиной для всех веществ. Эта постоянная и носит название гравитационной

g = H/с=B/м _o мс= 6,673 ·10 ^{- 11} [ A· м ²/ кг ] [6] (5)

При известных значениях величин, входящих в равенство (4), определим величину магнитной индукции на поверхности земного шара в области магнитного полюса:

¦Bz¦=gR з/3 N_A г =9,83·6371030/3·6,022045·10²⁶·6,673·10^-11=5,194895214·10^-10 [Тл]

Исходя из физического смысла гравитационной постоянной, определим плотность однородно намагниченного шара:

с = Bz / м _O м г =5,194895214·10 ^-10/12,57·10 ^-7·1·6,673·10 ^-11=6,19·10 ⁶ [кг/м ³].

Полученная величина плотности не соответствует действительности. То есть для получения нормального значения с необходимо значение Bz уменьшить в 1000 раз, тогда формула (4) примет вид:

g = - 3000 N_A г Bz/R з (6), где: Bz= 5,194895214·10 ^-13 [Тл]

При средней плотности Земли, равной 5,52·10 ³ кг/м ³ , магнитная индукция составит :

Bz¹= м _o мсг = 12,57· 10 ^{- 7}·1·5,52·10 ³·6,673·10 ^-11 = 4,630154472·10 ^-13 [Тл].

Средняя магнитная проницаемость веществ всей планеты (принимаемая ранее за единицу) будет:

Bz/Bz¹ = 1,121970173.

Итак, мы определили, что в тяготении главную роль играет МП, на 8 порядков меньшее земного МП. Назовем это поле гравимагнитным полем (ГМП) и отметим, что оно - поле дипольное. Если бы отсутствовало МП Земли, то ГМП, имело бы вид биполярных и униполярных полей из-за неоднородности планеты. Присутствие же его как поля более сильного "сглаживает" ГМП так, что оно принимает ярко выраженный характер дипольного поля.

Важную роль в объяснении изменения силы тяжести по высоте играет сам механизм тяготения. Обычно, для определения этого изменения пользуются выражением, полученным из отношения разностей ускорений свободного падения в двух точках и изменения высот между этими точками [6]. Посмотрим, что получается у нас.

Ускорения свободного падения в соответствующих точках будут:

g_o= 3000N_A гB ₀ /R_o; g₁= 3000 N_A гB ₁ / R₁ .

Тогда

Имея ввиду, что ?Н мало по сравнению с радиусом Земли, можно считать R₀ = R₁ = R и тогда

?g/?H = - 12000N_A г B_o/R = - 4g/R ,

откуда ?g = - (4g/R)?H.

Это мы получили для магнитного полюса. Для магнитного экватора, где В^Нгмп уменьшится вдвое (В^Нгмп = 0,5В ^Z гмп) [10] изменение выразится:

?g = - (2g/R)?H.

Получается, что изменение ускорения свободного падения по высоте на экваторе и на полюсе различаются вдвое, чего не должно быть.

Согласно закону всемирного тяготения, Земля притягивает все вещества, то есть на каждую массу (магнитный диполь тоже имеет массу), находящуюся на поверхности в точках, равноудаленных от центра, действует одинаковая сила (равнодействующая сил). Ускорение же есть следствие действия равнодействующей всех сил, приложенных к данной массе вещества, и направлено вдоль направления этой равнодействующей сил.

В случае расположения диполя на магнитном полюсе (Рис.2 а), на каждый его магнитный полюс действует магнитная сила (равнодействующая сил), трансформирующаяся в механическую. Обе силы располагаются на оси диполя и направлены в противоположные стороны. Допустим, что одна сила, втягивающая диполь в область более сильного поля равна двум единицам (измерения). Вторая же, тормозящая процесс втягивания, равна единице. Результирующая сила в этом случае есть разница между F₁ и F₂ и равна единице.

Когда диполь находится на магнитном экваторе (Рис.2 б), силы, действующие на каждый его полюс уменьшаются вдвое и располагаются перпендикулярно оси диполя, то есть F₁ = F¹₁ = 1, F ₂ = F¹₂ =0,5. Имея в виду, что сила притяжения - центральная сила, а магнитные полюсы диполя неразделимы, то результирующая сила притяжения складывается из результирующих сил, действующих на каждый полюс.

Рис. 2. Распределение результирующих сил, действующих на каждый полюс диполя, находящегося на, магнитном полюсе и магнитном экваторе Земли. Силовые линии магнитного поля не указаны.

Из этого следует, что изменение силы тяжести по высоте на экваторе и на полюсе подчиняется выражению ?g = (2g/R)?H, а полученное выражение

?g= - (4g/R )?H просто неприменимо.

Одним из примеров работы МП, является система Земля-Луна. Известно, что МП Земли удалено с подсолнечной стороны на 10-12 ее радиусов, тогда, как хвост магнитосферы тянется до тысячи радиусов [1,12]. В движении же спутников планет солнечной системы (как и в движении самих планет вокруг Солнца) есть одна закономерность: все они движутся в том же направлении, в котором происходит осевое вращение планет, если плоскости их орбит лежат вблизи географического и магнитного экваторов. А это значит, что на пути движения спутников оказывается хвост магнитосферы. Таким примером служит движение Луны, при котором она попадает в хвост МП Земли. Что происходит при этом?

Вспомним действия постоянных магнитов: два стержневых (или полосовых) магнита притягиваются разноименными полюсами, одноименными - отталкиваются. Если эти два магнита расположить параллельно друг другу на некотором удалении так, чтобы магнитные полюсы были взаимно противоположны и постепенно сближать их, то на некотором расстоянии, меньшем первоначального положения, можно заметить их взаимное притяжение. Заменив один из магнитов куском железа, мы обнаружим такое же действие. Но в этом случае уже возникает магнитоиндукционный эффект. Повторив этот эксперимент, но уже при наличии железных опилок на листе бумаги, можно заметить, что при приближении куска железа к магниту у последнего незначительно изменится ход замкнутых силовых линий (происходит их "вздутие") с обеих сторон (Рис.3). Это говорит о возмущающем действии куска железа на МП магнита.

а)б)

Рис. 3. Графическое изображение линий индукции магнитного поля магнита: а) при естественном состоянии; б) при поднесении куска железа (не показан) к магниту.

Примерно то же самое происходит и в системе Земля-Луна (Рис.4). Луна, захваченная Землей магнитоиндукционным эффектом, возникающем в хвосте ее магнитосферы, удерживается им и при своем движении по орбите возмущает МП Земли, проявляющееся в изменении естественного хода его силовых линий. А это, в свою очередь, приводит к изменению хода силовых линий ГМП и, соответственно, его градиента, так как они (поля) тесно взаимосвязаны. Из-за этого происходит изменение силы притяжения: в области магнитных полюсов она возрастает, а в области наименьшего расстояния между Землей и Луной - уменьшается. В результате этого водные массы, притягиваясь с различной силой, перемещаются в область наименьшего притяжения, образуя таким образом два приливных горба.

Рис. 4 Схема проявления магнитоиндукционного эффекта в системе Земля-Луна.

На основании выше изложенного можно сделать следующие выводы:

1. Тяготение - это результат взаимодействия магнитных полей, создаваемых телами.

В частности, на тело, помещенное в ГМП, действует сила притяжения (равнодействующая магнитных сил), направленная по наикратчайшему направлению к поверхности источника этого поля.

2. Источником ГМП является совокупность веществ, составляющих планету.

Это означает, что все вещества в природе имеют ММ, отличный от нуля, то есть, проявляют одинаковые магнитные свойства.

3. Магнитная восприимчивость и, как следствие, относительная магнитная проницаемость веществ в настоящее время определены неправильно, что привело к искаженному представлению магнетизма как в микромире, так и в просторах Космоса. Но это уже другая тема разговора.

4. 4.Собственно, формула (1), преобразованная в формулу (6) есть ни что иное, как закон всемирного тяготения, представленный в иной форме:

g = - 3000 N_A г B гмп/ R з ;

mg = - 3000N_A г m B гмп/ R з ;

F = - г m M з/ R з ².

где: произведение 3000 N_A B гмп R з численно равно массе Земли ( M з).

5. Отношение напряженности магнитного поля (Н) в веществе к его плотности (с) есть величина постоянная и не зависящая от массы (m) , объема (V) или агрегатного состояния данного вещества. В этом заключен физический смысл гравитационной постоянной (г ). При проведенииэкспериментов по определению численного значения г сила притяжения двух испытываемых тел - сила магнитная, численно равная 6,673·10 ^-11 . Постоянство же этого отношения легко увидеть из следующих соотношений параметров тел:

а) H₁ / H₂ = V₂ /V₁=m₂ с ₁ / m₁ с ₂ ; откуда H₁ / m₂ с ₁ = H₂ / m₁ с ₂

при m₁ = m₂ и V₁ ? V₂ H₁ / с ₁ = H₂ / с _{2 =} г .

б) H₁ / H₂ = m₁ / m₂ = с ₁V₁ / с ₂V₂ ; откуда H₁ / с ₁V₁ = H₂ / с ₂V₂

при m₁ ? m₂ и V₁ = V₂ H₁ / с ₁ = H₂ / с ₂ = г .

в) H₁ / H₂ = с ₁ / с ₂ ; откуда H₁ / с ₁ = H₂ / с ₂ = г .

6. Гравитационная постоянная - величина непостоянная. Ее непостоянство зависит от плотности и магнитной проницаемости среды и наблюдается лишь в космическом пространстве.

7. Гравитационных полей как таковых в природе не существует - это псевдополя. Поэтому разговор о гравитационных полях теряет всякий смысл.

8. Дальнодействие тяготения проявляется за счет магнитоиндукционного эффекта, который наблюдается как в движении спутников планет, так и в возмущении движения планет между собой.

9. Движение не всякого космического тела согласуется с законом инерции. В частности, движение по своим орбитам планет и их спутников этому закону не подчиняется.

10. И последнее. Напутствуя исследователей всех времен и народов, один из самых Древних Мудрецов говорит: "В СЛОВЕ "ДОПУСТИТЬ" ЗАКЛЮЧАЕТСЯ СМЫСЛ ЭВОЛЮЦИИ".

Список литературы

1. Акасофу С. - И., Чепмен С. Солнечно-земная физика (в 2х-частях).- М.: Мир, 1974 - 75.

2. Белов К.П., Бочкарев Н.Г. Магнетизм на Земле и в Космосе. - М.: Наука, 1985.

3. Бочкарев Н.Г. Магнитные поля в Космосе М.: Наука, 1985.

4. Брагинский В.Б., Полнарев А.Г. Удивительная гравитация. - М.: Наука 1985.

5. Вонсовский С.В. Магнетизм. - М.: Наука, 1984.

6. Грушинский Н.П., Грушинский А.Н. В мире сил тяготения. - 3-е изд.,перераб. и доп. - М.: Недра, 1985.

7. Дайэл П., Паркин К. Магнетизм Луны. - Успехи физических наук, 1972, т.108, с.177.

8. Ксанфомалити Л.В. Спутники внешних планет и Плутон. - М.: Знание, 1987.

9. Сурдин В.Г. Приливные явления во Вселенной.-М.: Знание,1986.

10. Яновский Б.М. Земной магнетизм. - 2-е изд. М.:Государственное издательство технико-теоретичекой литературы, 1953.

11. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. -М.: Наука,1980.

12. Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия,1984.

Размещено на Allbest.ru