June 22nd, 2010

My

Размышления о механике космической эпохи.


Кто не знает, что такое невесомость? А ведь еще сто лет назад об этом состоянии даже не догадывались. Невесомость есть СОСТОЯНИЕ человека или любого предмета внутри орбитального корабля, движущегося СВОБОДНО по орбите.
 Но если есть невесомость, то должна быть и весомость. Если есть неудача, то должна быть и удача, несчастье - счастье, нежеланный - желанный и т.д.
Ну что ж, проверим по ВИКИ. Задаем слово "весомость" и открывает словарную статью

весо́мость

Отвлеч. сущ. по знач. прил.: весомый

весомость” в словаре Даля

термин весомость в словаре не найден

“весомость” в словаре Ушакова

ВЕСО́МОСТЬ, ведомости, мн. нет, ·жен. (·книж., спец.). ·отвлеч. сущ. к весомый.

“весомость” в словаре Ожегова
термин весомость в словаре не найден

этимология “весомость” в словаре Макса Фасмера

термин весомость в словаре не найден


“весомость” в словаре русских синонимов


весомость

ощутимость, значение, значительность, принципиальное значение, престижность, первостепенное значение, важное значение, большое значение, значимость, немаловажность, ценно, важность, серьезность, убедительность, существенность, авторитетность, огромность

Мы видим, что слово "весомость" как антипод к слову "невесомость" вообще не существует в современной науке.

А ведь интуитивно понятно значение этого слова. Если невесомость есть состояние в космическом корабле, движущемся свободно, по инерции, то состояние в космическом корабле на стадии, к примеру, вывода на орбиту, при работающих двигателях будет, естественно, не-не-весомым, т.е. весомым. Итак, весомым состоянием логично назвать состояние в ракете с работающими двигателями.
В этом состоянии на человека действует сила. Каков ее источник? Это действие на космонавта спинки кресла. Но откуда берется сила у стенки кресла? А это работает двигатель. Газы, истекающие из двигателя, давят на поверхность реактивного двигателя, который жестко связан с самой ракетой, и это давление и передается черз спинку кресла на космонавта, отчего и появляется его не-не-весомость или просто весомость.
Итак, понятие весомости необходимо ввести как состояние космонавта или любого иного предмета на космическом корабле, движущемся под действием ракетного двигателя. Впрочем, точно такое же состояние может возникнуть и при спуске космического корабля при входе в плотные слои атмосферы. Здесь также действуют частицы газа, которые бомбардируют корпус корабля и этим создают весомое состояние на самом корабле.
Но сопротивление остаточного воздуха действует и на космический корабль, находящийся на орбите. Это состояние в настоящее время называется микрогравитацией. Но мы привыкли считать, что гравитация связана с силой гравитационного взаимодействия между телами. Но то, что бомбардировка космического корабля частицами газа приводит  к гравитации является несколько странным. Ведь во всех рассмотренных случаях весомое состояние возникает из-за воздействия газов. Возникающие при этом силы есть обычные силы упругости. Но силы упругости имеют электрическую, более точно, электромагнитную природу и никакого отношения к гравитационным силам не имеют.
Итак, мы видим, что космос дает нам образцы двух типов механического состояния -- невесомое и весомое. Причем весомое возникает под действием сил электромагнитной природы, приложенных к телу. А невесомое возникает, когда таких сил нет (либо они имеют сферически симметричный характер как давление воздуха в кабине корабля). Причем космический корабль движется в гравитационном поле Земли. Но никакого влияния на тела это поле не оказывает, никаких гравитационных сил мы не наблюдаем. Если нет сил электромагнитного происхождения, то состояние тел будет невесомым. А само движение при этом является свободным, т.е. движением тела без действия на него электромагнитных сил. Иногда говорят, что оно является инерционным. Понятно, что инерционное движение может быть как прямолинейным и покоящимся, если в окрестности тела нет больших (гравитирующих) масс, так и более сложнгым, например, круговым или элиптическим, если движение происходит в окрестности больших масс. 
Получается, что гравитирующие массы изменяют только характер инерционного, свободного  движения, но на состояние тел не влияют. Другими слвами, гравитационных сил, которые непосредственно действуют на тела, не существует. На состояние тел влияют исключительно силы электромагнитного происхождения.
Но теперь вернемся на Землю. Сев в кресло, мы вдруг начинаем осознавать, что нет никакой разности в нашем состоянии, сидим ли мы неподвижно на Земле или на космическом корабле в период выведения на орбиту или при спуске и прохождении через плотные слои атмосферы. 
Но есть принцип, что подобное надо стремиться объяснить подобно. На ракете на нас действуют электромагнитные силы упругости от спинки кресла. А разве не то же самое и в кресле на Земле? Но почему в одном случае причина в электромагнитных силах, а во втором случае на нас действует некая гравитационная сила, которую мы так и не смогли обнаружить в космосе. 
И вот размышляя, мы начинаем думать, что и на Земле на нас действуют именно электромагнитные силы. На нас непосредственно действет сила упругости спинки кресла. На кресло действует сила упругости земной поверхности, на которой это кресло стоит. На поверхность Земли действуют силы упругости нижележащих слоев Земли как твердого тела. Опять не видим гравитационных сил.
Но почему же, когда мы неподвижно сидим на Земле на нас действуют эти самые электромагнитные силы. На ракете понятно, мы движемся неинерционно, под действием двигателя. А на Земле мы же не двигаемся. Почему возникают эти самые электромагнитные силы?
А причина в том, что неподвижность (относительно центра Земли) в окрестности Земли не есть инерционное движение. Наше инерционное, свободное движение было бы падение. Это падение так и называется "свободным падением". Но кресло, земные тверди не дают нам и недрам двигаться инерционно, они препятствуют свободному движению (падению). А для препятствования свободному движению и нужно приложить электромагнитные силы. Итак, мы видим, что гравитация и здесь влияет лишь на характер движений, но не на состояния тел. Состояния находятся только под воздействием сил электромагнитной природы. Если их нет - движение будет свободным, инерционным, причем характер этого инерционного движения олпределяется гравитацией и может быть самым разнообразным. Но состояние будет свободным, невесомым. Если есть электромагнитные силы, то движение будет уже неинерционным, несвободным, причем это может быть движением самого различного характера вплоть до его отсутствия, т.е. неподвижности Но состояние тела будет уже весомым.

Итак, вот главный принцип нового понимания гравитации, которое мы смогли извлечь именно из космической практики. Свободное, "естественное" движение тел определяется гравитацией. А состояние определяется электромагнитными силами. Все силы , которые мы наблюдаем в макро и мегамире имеют исключительно электромагнитный характер. В микромире появляются еще ядерные силы. Но гравитационных сил не существует нигде.
По почему же гравитация изменяет характер свободных движений? Можно сказать, что она изменяет свойства пространства. Ну вот таково свойство явления феномена гравитации. Заметим, что это свойство феномена гравитации первым открыл великий физик Альберт Эйнштейн. Принципиальное расхождение между ньютоновским и эйнштейновски пониманием гравитации состоит в том, что по Ньютону гравитация есть прямое силовое взаимодействие между телами. По эйнштейну гравитация воздействет на свойства пространства, но не на сами тела. Это изменение свойства пространства можно описать в теминах гравитационного поля. 
Гравитационное поле есть и в ньютоновской теории. Но там это вспомогательный, чисто расчетный инструмент. Никакой реальностью оно не обладает. Реальны только силы. В эйнштейновском подходе реально гравитационное поле, как феномен изменения свойств пространства. А гравитационных сил вообще нет.
Таким образом, кратко это различие можно обозначить: ньтоновская гравитация является силовой, эйнштейновская - полевой.
И космонавтика, на наш взгляд, полностью подтвердила истинность именно полевого характера феномена гравитации.
Но значит ли отсюда автоматически, что эйнштейновская теория гравитации, известная как Общая теория относительности правильна и ее правильность подтверждена космонавтикой?
Нет. Космонавтика подтвердила правильность концепции полевой гравитации. Но гравитационная теория включает в себя не только концепцию, но и конкретные описания характеристик гравитационного поля. Правильность концепции не гарантирует правильность конкретных описаний поля и его законов. Поэтому вопрос об истинности эйнштейновской теории гравитации, на наш взгляд, является открытым.  
Рассмотрим еще один нюанс современной механической теории и практики.
Наверное ни для кого не является чем-то необычным фраза типа: "Тело (или его часть) находится под действием ускорения". 
Ускорение есть характеристика изменения скорости. Скорость характеризует изменение положения. Можно рассмотреть и характеристику изменения ускорения. Все это кинематические характеристики движения, и они не имеют собственных значений. Это отличает кинематические характеристики от имманентных характеристик, таких как масса, сила размер и т.д. Поэтому сказать, что тело находится под воздействие положения, под воздействие скорости или под воздействие изменений ускорения   нельзя. Но, увы, говорят, что тело находится под действием ускорения, и нередко это можно прочитать в самых различных статьях и книгах. Более того, оказывается, существует даже прибор, назваемый акселерометром (ускорениеметром), который измеряет "собственное ускорение (?????)". Но ведь не существует собственных кинематических характеристик. Они зависят как от наблюдаемого тела, так и от положения наблюдателя, так и от той системы отсчета, которую этот наблюдательс использует. Ясно, что ускорение космического корабля относительно Земли одно, относительно стыкующегося с ним корабля другое, относительно Луны или какого-нибудь астероида третье и т.д. Более того, акселерометр на орбитальном космическом корабле показывает нуль, хотя этот корабль движется по окружности относительно Земли и, следовательно, с ускорнием. А на стартовом столе корабль стоит, и его ускорение казалось бы должно быть равно нулю, но акселерометр показывает значение ускорения 9.81 м/с^2.
Поэтому нужно решительно исключить сам термин "акселерометр" из научного и технического обихода. Этот прибор изменяет вовсе не ускорение, а удельную силу, т.е. силу, приложенную к единице массы. Она измеряется в Н/кг. И предлагается эту удельную силу назвать "весомостью", а сам прибор - "весомометром". Например, на старте весомометр показывает земную весомость, равную 9.81 Н/кг. На этапе запуска весомость может достигать 60 Н/кг. Известен случай баллистического спуска космического корабля, где весомость достигала 100Н/кг. На орбитальной станции весомость (микрогравитация) составляет 1 нН/кг (наноньютон на килограмм). Артилерийский снаряд при выстреле подвергается кратковременному весомому состоянию величиной до 1 МН/кг. 
Отношение весомости состояния к земной весомости, если величина больше 1, называется перегрузкой. 

Вот некоторые размышления о современной механике космической эпохи.