CC BY
46УСКОРЕНИЕ ВЫНУЖДЕННОГО ПАДЕНИЯ Келдиев Х.К.
Келдиев Худайберди Келдиевич - инженер электросвязи, Термезский городской узел связи, пенсионер, г. Термез, Республика Узбекистан
Аннотация: в физике существует понятие «Ускорение свободного падения». В этой статье сделана попытка доказать отсутствие в природе свободного падения. В статье рассматриваются вопросы земного и магнитного притяжения, земного магнетизма и ускорения тока в катушке индуктивности.
I. О земном притяжении.
Лежащие на поверхности земли, в земле и над землей предметы имеют тяжесть. Тяжесть - это сила, с которой тело или предмет притягивается к центру земли. Падающие с высоты на землю тела, независимо от их массы падают с одинаковым ускорением равным 9,81 м/с2.
Литр воды имеет массу один килограмм и притягивается к земле с силой 9,81 Ньютон. Два литра воды имеют два килограмма массы и притягиваются к земле с силой в два раза большей - 19,62 Ньютон. Создается впечатление, что притяжение каким-то образом регулируется в соответствии с количеством вещества, массой в прямо пропорциональной зависимости. Эта регулировка производится таким образом, что отношение силы притяжения Е к массе т остается всегда постоянным, равным 9,81 Ньютон/килограмм.
Незначительное изменение этого соотношения, называемой ускорением свободного падения и обозначаемой символом g, с увеличением высоты, на мой взгляд, связано с вращением Земли вокруг своей оси. Дело в том, что поднятые высоко вверх тела вращаются вместе с Землей в направлении с Запада на Восток. Для наблюдателя, который находится на земле неподвижно, кажется, что тела падают строго вертикально. Но на самом деле из-за того, что тела, кроме падения, еще и вращаются вместе с землей, траектория падения описывает дугу. Из этого следует, что чем выше тела подняты, тем больше движение по дуге и, следовательно, незначительно уменьшается ускорение свободного падения. В [1] приведена формула закона всемирного тяготения Ньютона:
Ер
с^т1р ^ -(тгр )2 (1);
Г 2
'12
где Егр - сила притяжения между двумя космическими телами, Ньютон; О - гравитационная постоянная, о = 6 673 -10 11 Н'м '
кг2
(тгр ) и (т^ ) - гравитационные массы взаимно тяготеющих тел, кг; г12 - расстояние между тяготеющими телами, м.
гр и (тгр ^ вовсе не являются массами в
Там же (в [1]) сказано, что (тгр ^ и (тгр смысле количества вещества, термин «масса» сюда попал по исторической случайности. На самом деле (тгр ^ и (тгр ^ являются гравитационными
гр,
зарядами. Из этого определения следуют, что сила взаимодействия между
космическими телами не зависит от их массы в смысле количества вещества, а зависит от их гравитационных зарядов.
Такой вывод наводит на мысль о том, что даже если Всемирное тяготение на самом деле существует, оно отличается от земного притяжения, которое зависит от массы вещества, находящегося на поверхности земли, внутри земли и над поверхностью земли.
Представим себе, что мы находимся у подножья массивной горы, с вертикальным срезом. К этому срезу близко поднесем отвес. Мы увидим, что отвес вертикально висит, притягиваясь к центру земли, но, нисколько не притягиваясь в сторону горы, даже если зазор между горой и отвесом очень маленький.
т ■ М
Переписав (1) в виде Г — ^--— (2), мы подгоним ее для «чистого» земного
Я
притяжения.
где Г - сила притяжения между землей и телом, которое находится на поверхности, внутри или над поверхностью земли, Н;
т - масса тела, которое находится на поверхности, внутри или над поверхностью Земли, кг;
\24
М - масса Земли, равная 5,97219 -102
кг;
)6,
Используя (2) можно точно рассчитать силу притяжения земли для любой массы
Я - радиус Земли, равный 6,371 ■ 106 , м;
т.
Результат расчета совпадает с результатом расчета по формуле
Г — т ■ g , (3);
где Г - сила притяжения земли, Н; т - масса притягиваемого тела, кг;
§ - ускорение свободного падения, равное 9,81 -м .
с
Но даже такой факт совпадения расчетов не означает, что формула (2) верна. Дело здесь в том, что по формуле (2) полагают, что в притяжении участвует вся масса Земли. Но такого быть не может, так как любое тело притягивается только к центру Земли.
В моей ранее выпущенной статье «Об электричестве и магнетизме», сделано допущение о том, что в центре Земли существует нечто в возбужденном состоянии, похожим на состояние одного из полюсов постоянного магнита, такого как однополюсный магнит - монополь, который ученые долго искали и не нашли, так как магнитного монополя не существует в природе. В нашем случае это нечто, если можно так выразиться, является монополем земного притяжения. Благодаря этому монополю мы сами и то, что мы видим вокруг себя удерживается на поверхности земли. В той же статье сказано, что притяжение земли - это не взаимное притяжение земли и тела, которое находится на поверхности и не то, что земля притягивает тело к себе в центр. Причина земного притяжения - это монополь земного притяжения, который стремится к освобождению от своего возбужденного состояния и поэтому сам притягивается к телам, которые находятся на поверхности земли, внутри земли выше над поверхностью земли. О том, что вещества, находящиеся в возбужденном состоянии стремятся к нейтральному состоянию путем передачи своего состояния другим телам и поэтому сами они притягиваются к этим телам, я говорил в статье [2],
исходя из опыта с кулоновскими зарядами. Утверждение «Монополь земного притяжения сам притягивается к другим телам, которые находятся за его пределами» равносильно высказыванию «Тела притягивают монополь земного притяжения». В этом случае становится понятной причина пропорциональности силы притяжения к массе тела - чем больше масса тела, тем сильнее она притягивает к себе монополь земного притяжения (сокращенно МЗП). Это обстоятельство подобно тому, что две запряженные лошади тянут телегу в два раза сильнее, чем, если бы тянула только одна лошадь.
- А тратит ли МЗП энергию, когда притягивается к предметам на поверхности земли, выше и внутри земли? - Нет, не тратит. Постоянный магнит может намагнитить другие ферромагнитные предметы. Количество этих предметов может быть сколько угодно, но от этого сила притяжения магнита не уменьшается. Так и здесь, МЗП не тратит энергию. Но зато, падающие на землю тела под индуцирующим действием МЗП приобретает энергию.
Подвешенное на высоте к тело или предмет имеет потенциальную энергию
Ж — т ■ § ■ И — Б ■ И, (4);
При падении конечная скорость падающего тела равна
V — § ■ t
(5);
(6);
где Уср — (7) - средняя скорость падения.
где Кк - конечная скорость падения, мгновенная скорость падающего тела перед самым ударом о землю; t - время падения.
Высота к, с которой падает тело равна к Кср
К 2
Подставив (6) и (7) в (4) получим:
Жп — т ■ § ■ И — — — т^^ — ту1 — ж (8)
п 2 2 2 2 к
Ж
где '' к - кинетическая энергия падающего тела перед самым ударом о землю. Из (8) видно, что потенциальная энергия подвешенного тела на высоте к над поверхностью земли равна кинетической энергии падающего того самого тела перед
г2
самым ударом о землю: Жк — , (9) ;
ту; 2
Формула для расчета мощности удара о землю подающего тела выглядит как
Ртах — Г ■ Кк , (10)
где Г - сила притяжения земли, которая называется тяжестью, Н. Из (10) видно,
что сила удара тела о землю в Кк раз больше, чем тяжесть этого же тела. Поэтому, например, ударом молотка легко забивается гвоздь в доску.
Формулы (5), (6), (7), (9) и (10) вполне подходят для вычисления параметров движения транспортных средств, если они двигались с равномерным ускорением до
достижения скорости К . В этих формулах изменяются только обозначения: высота к заменяется на длину 5"; ускорение свободного падения g заменяется на
прямолинейное равномерное вынужденное ускорение а . То, что ускорение а вынужденно - не вызывает сомнения.
Если вдуматься, ускорение £ также является вынужденным. В обоих случаях главным является неизменная сила, которая заставляет тела двигаться с постоянным ускорением.
Из сказанного выше вытекает, что в космосе в кабине ИСЗ нет невесомости. Есть только иллюзия невесомости.
Некоторые совершенно разные явления в природе иногда управляются одними и теми же законами. Сравним параметры движения автомобиля, который движется по ровной дороге с неизменным ускорением до достижения некоторой конечной
скорости Ук и физические процессы в катушке индуктивности, к которой приложено постоянное напряжение источника энергии. При подключении катушки индуктивности к источнику постоянного напряжения через ограничитель максимального тока, ток в катушке индуктивности сразу не может достичь своего
конечного значения 1 к . Автомобиль также в самом начале движения сразу же не
может достичь нужной скорости движения Ук . В обоих случаях как бы бросается в глаза некоторая инерционность - сопротивление к изменению предыдущего состояния.
Для достижения тока в катушке индуктивности своего конечного значения нужен отрезок времени . Для конкретной катушки индуктивности и конкретного
Л1
источника с неизменным напряжением отношение - неизменно. Здесь
Л'
Л1 — 1к 10 и Л■ 'к ^ ; где 10 и '0 - начальный ток и начальный отчет времени.
В нашем случае 10 — 0 и — 0 и, соответственно, Л1 — 1 к ; tк .
Л1 — - а —
Обозначим отношение . через символ а . а (11);
А '■к t к
перепишем (11) в виде 1 к — а ' ■ к (12) и сравним это с (5) и обнаружим, что у них одинаковый вид.
Ток 1 к в катушке индуктивности похож на скорость Ук автомобиля. Энергия, запасенная катушкой индуктивности, рассчитывается по формуле
Ь12
— — (13), [3];
Ь - ,
где Ь - индуктивность катушки, Гн;
1 - установившееся значение постоянного тока в катушке индуктивности. Учитывая, что установившееся значение тока в катушке индуктивности 1 равно
1 ~ Ь1
2
току 1 к , можно переписать (13) в виде — —(14); сравним формулы (9) и
mV2 т т 2
W = к LI
(14) между собой: '' к _ и Ж, = —— ; они как две капли воды похожи
2 L 2
друг на друга. Здесь т ~ и 1 к ~ ^ .
Знак « ~ » означает схожесть. Максимальная мощность, которую катушка
7
индуктивности может отдать на согласованную нагрузку с во время самоиндукции равна Рь = —^, а максимальная мощность удара о землю
^к
падающего тела Ртах = —^ = (см. (9) и (10)).
По аналогии с последним выражением можно написать:
РЬтах = 2Ж = ■ 4 , (15);
и
где и 2 - напряжение от самоиндукции катушки индуктивности на
7
характеристической (согласованной) нагрузке с в самом начале самоиндукции, в момент t (0) [2]. Отсюда можно сделать вывод, что напряжение похоже на
механическую силу: и
Г- т &
Вспомним знаменитую формулу Фарадея Е = — L — (16);
М
где
Е - электродвижущая сила. В нашем случае она равна и2 .
М I
Отношение - для нашего случая равно —, которое в свою очередь равно
М tк
а - ускорению тока в катушке индуктивности. Поэтому формулу (16) можно
переписать как Ш = — L • а (17), что напоминает формулу второго закона
Ньютона ^ = т • а , (18).
В учебниках физики утверждается, что ток - это направленное движение свободных зарядов в проводниках под действием разности потенциалов. На мой взгляд, это заблуждение. Если смотреть на вещи с точки зрения химии, то свободных зарядов не существует, все заряды в атомах нейтрализованы противоположными зарядами своих ядер.
Конечное (установившиеся) значение тока 1 к - это показатель степени изменения состояния приемника энергии и соединительных проводов под действием
источника энергии. Выходит, что а - это ускорение изменения состояния
проводников и нагрузки в промежутке времени tк to .
Подведем некоторые итоги изложенного выше материала:
34
1. В центре Земли, вероятно, находится монополь земного притяжения МЗП -собственная черная дыра земли, которая притягивается к веществам и телам, находящимся за пределами этой черной дыры.
2. В притяжении не участвует вся масса Земли. Притяжение происходит односторонне - притягивается к телам только МЗП.
3. Сила притяжения пропорциональна к массе тел, которые находятся на поверхности земли, внутри ее и выше.
4. Сила притяжения земли не подчиняется закону обратных квадратов вида
F = Gm M , она дальнодействующая. Притяжение Земли является односторонним, R2
невзаимным притяжением, как, например, по формуле (1) и (2).
5. В природе отсутствует ускорение свободного падения. Всякое ускорение происходит вынужденно - под действием некой силы.
6. В природе отсутствует невесомость. Есть только иллюзия невесомости. II. Что такое масса?
В житейских делах масса - это количество вещества, но если мы хотим понять природу вещей, то это не совсем так. Для того чтобы понять, что я хочу этим сказать, обратим внимание на нижеследующую таблицу:
Таблица 1. Характеристики некоторых химических элементов
№ Элемент и его символ Масса одного атома, 10 23 г Плотность, г/см3 Объем одного моля, см3 Число атомов в одном см3, 1022 шт Объем, занимаем ый одним атомом, 10 23 см3
1 Алюминий А113 26,981 4,48 2,7 9,993 6,026 1,659
2 Медь Си29 63,546 10,55 8,92 7,124 8,453 1,183
3 Свинец РЬ82 207,19 34,4 11,34 18,27 3,296 3,0334
4 Золото Аи79 196,967 32,708 19,3 10,205 5,901 1,695
5 Ртуть ня8° 200,59 33,309 13,54 14,815 4,065 2,46
Данные, приведенные в этой таблице, взяты из периодической таблицы химических элементов и некоторых других источников. Числовые значения в этой таблице, кроме плотности, рассчитаны самостоятельно с использованием числа Авогадро и значения атомной единицы массы, а.е.м., 1а.е.м. = 1,66054 • 10 24грамм. Из этой таблицы видно, например, что атом свинца тяжелее атома золота в 1,06 раз, а плотность свинца меньше, чем плотность золота в 1,7 раз, почти в два раза, но один атом свинца занимает объем в 1,79 раза больше, чем один атом золота. Это меня настораживает. Сравниваем атомы золота и алюминия - их объемы почти одинаковы, но при этом золото тяжелее, чем алюминий в 7,15 раза! Это видно из соотношения
плотностей золота и алюминия. Много таких подозрительных вещей найдется, если анализировать периодическую таблицу химических элементов совместно с другими физическими данными из других источников. В выше приведенной таблице не вызывает подозрения только данные о плотности. Так как плотность измеряется непосредственно, то здесь не имеют места призрачные представления о природе вещей. И поэтому обратим на это немного больше внимания. Получается, масса - это произведение плотности конкретного вещества на объем, которого это вещество
занимает: т = & • V, кг;
где & - плотность, г/ см3, кг/ м3 ...;
V - объем, см3, м3...
Суть плотности в том, что отныне ее нужно понимать не так, как степень уплотненности атомов или молекул в единице объема, а надо понимать как свойство конкретного физического тела, как, например, // а или Б а - абсолютная магнитная и электрическая характеристика (она, характеристика, называется проницаемостью) конкретного вещества в электротехнике.
Массу можно представить как механическую индуктивность, потому что и физическое тело (масса), и катушка индуктивности имеют свойство инерционности.
Инерционность - это сопротивляемость конкретного тела к изменению состояния движения посредством механической (ньютоновской) силы извне. Тела оказывают одинаковое сопротивление к изменению состояния движения от внешней механической силы и от силы земного притяжения. Поэтому говорят, что гравитационная и инертная массы равны. По моим понятиям, гравитационной массы не существует. Масса одна. Согласно с вышеизложенным, возникает необходимость заменить термин «плотность» на термин «механическая проницаемость» или на другое более подходящее название.
Говорят, при ядерных реакциях масса конечного продукта получается меньше, чем масса исходных реагентов вместе взятых. Это обстоятельство в физике называется
дефектом массы и выражается известной формулой Эйнштейна Е = т • С2, здесь т - недостающая часть массы, Е - энергия, С - скорость света. Эту формулу надо понимать так: недостающая часть массы уносится в окружающую среду в виде энергии Е. По мне это не так. Масса есть масса. А энергия есть освобождение этой массы от возбужденного состояния [2]. Поэтому поставить знак равенства между массой и энергией нельзя.
Явление недостающей массы действительно существует, но это явление можно объяснить по-другому. Недостающая масса (дефект массы) получается за счет изменения механической проницаемости вследствие ядерной реакции. Видимо, механическая проницаемость может измениться и в сторону увеличения, но пока это нами не обнаружено. Мы знаем только об уменьшении механической проницаемости. В качестве аналога изменения механической проницаемости можно привести такой пример. Магнит притягивается к железу, но если сплавить железо вместе с серой, то магнит перестает притягиваться к этому сплаву. Почему? Потому что у этого сплава теперь магнитная проницаемость // а, ничтожно мала и поэтому магнит не притягивается. И еще, задайте себе вопрос, почему ртуть испаряется в воздухе, ведь атомы ртути почти в семь раз тяжелее молекулы воздуха? Сам я предполагаю, что при испарении ртути механическая проницаемость ее атомов уменьшается настолько, что эти атомы становятся легче молекулы атмосферного воздуха. И поэтому, как все жидкости, ртуть может парить в воздухе, несмотря на огромную разницу атомных весов между этими жидкостями и ртутью. Так как вообще-то разговор идет о понятии «масса», то хочу добавить, что в этом понятии незримо присутствует понятие «сила».
III. Является ли Земля большим магнитом?
Сначала я изложу краткое описание опыта, проведенного мною с постоянным магнитом. Для опыта я использовал только один полюс постоянного магнита от громкоговорителя 1ГД-40.
Повесим пружинные весы на опоре так, чтобы можно было регулировать высоту подвеса весов вместе с грузом. В качестве груза возьмем ненамагниченный железный круглый брусок массой 50 г, торцы которого гладко отшлифованы. Точно по центру один из торцов груза привинчена петля, за которой можно повесить груз на весы. Между грузом, подвешенным на весы, и постоянным магнитом оставляем зазор, такой, при котором притяжение груза к магниту еще незаметно - весы показывают массу 50 г. Но при некотором уменьшении этого зазора весы покажут увеличение веса груза на некоторую величину (См. рис.1).
держатель опоры
Рис. 1. Схема опыта с постоянным магнитом
Отпустим груз немного вниз вместе с пружинными весами с помощью винта
регулировки высоты. Измерим зазор И в миллиметрах и суммарную тяжесть ^, которая равна сумме земного и магнитного притяжения. Расчет тяжести от магнитного притяжения проводим по формуле
Fм = ^ - т • g , Н (Ньютон);
где т - масса груза, кг;
§ - ускорение свободного, но теперь уже вынужденного падения, равное 9,81 м/с2. Отпустим груз еще немного и опять повторим расчет. Величину я измерил на трех значениях зазора И: 28 мМ(28•Ю-3м), 19 мМ (19•Ю-3м) и 11,5 мМ(11,5•Ю-3м
37
). Расчет произведения ЕМИ2 оказался примерно одинаковым на всех трех значениях И: Гмк2 = 29 10 6Н • м . Это означает, что сила притяжения магнита увеличивается или уменьшается обратно квадрату расстояния (зазора) между магнитом и грузом.
При уменьшении зазора сила притяжения магнита Ем увеличивается и, наоборот, при увеличении зазора сила Ем уменьшается в обратной зависимости от величины
квадрата зазора. При этом произведение РмН2 для конкретного магнита и
конкретного груза останется постоянной величиной.
Повторим опыт, заменив груз с другим значением массы, но одинаковую с предыдущим грузом площадь торца 5". Результат не меняется. Это означает, что сила, с которой магнит притягивается к грузу, не зависит от массы груза. Почему я сказал, что магнит притягивается к грузу, а не наоборот, груз притягивается к магниту? Об этом можно долго рассказывать, поэтому мне придется еще раз отослать читателя в [2]. Опять повторим опыт, но на этот раз груз заменим жестяным диском с такой же площадью как и у грузов. Результат не меняется. Теперь используем другой жестяной диск большим диаметром. На этот раз при прежних значениях зазора сила притяжения была больше. Наибольшая сила притяжения, а значит, и наибольшее
значение произведения Рм И будет при равенстве площади диска и магнита. Разделив произведение И на площадь диска 5, получим величину, которая
о РМИ2
характеризует степень напряженности данного образца магнита: В =-, Н; (19).
5
Заметим, что значение В, которое я назвал напряженностью постоянного магнита в единицах силы, будет одинаковой и для площади диска 5 и с меньшим значением, чем
площадь полюса магнита. Так как Рм прямо пропорционально площади 5 диска. Определив значение В по формуле (19), мы можем рассчитать и силу одного из
полюсов магнита Рм при 5м = 5д , где 5М - площадь полюса магнита, 5д -площадь диска.
^ В5Ы
^ =—м, Н; (20).
м и 2 ( )
Другой опыт с этим же магнитом показал, что на расстоянии от полюса магнита примерно в один метр стрелка компаса перестает замечать присутствие магнита. Это означает, что радиус действия полюса постоянного магнита является коротким. Т.е. сила притяжения магнита является короткодействующей силой в отличие от земного притяжения. Это и ясно, потому что сила притяжения магнита уменьшается с увеличением расстояния по квадратичному закону (см. (20)). Если сила магнитного действия является короткодействующей, то тогда каким образом действие земного магнетизма простирается на сотни тысяч километров от поверхности Земли? [4].
Тут что-то не так. Есть сомнения на этот счет. В пользу этого сомнения имеются еще два аргумента:
1. На полюсах постоянного магнита сила притяжения гораздо больше, чем на других его частях. Но нет никаких сведений о том, что на магнитных полюсах земли тяжесть железных предметов многократно увеличивается.
2. Мы знаем, что магнит индуцирует, т.е. магнит действует на железные предметы с расстояния, не соприкасаясь с ними. Вследствие этого сами эти железные предметы становятся магнитами, пока действует индуцирующий магнит. Эти
38
новоявленные магниты сами теперь могут притягиваться к другим по соседству железным предметам. Поэтому, если Земля является большим магнитом, как говорил Гильберт, то находящиеся на поверхности Земли железные предметы (или имеющие ферромагнитные свойства тела), особенно близко расположенные из них прилипли бы друг к другу. Однако, (и слава Богу!) этого не происходит.
Получается, что земного магнетизма не существует. Если что-то и впрямь действует на расстоянии в сотни тысяч километров от Земли в космосе, то это не магнит, а что-то другое, про которое мы ничего не знаем. «А как же стрелка компаса, которая указывает на север или юг?» - спросит любой, кто будет читать эти строки. Я не знаю. Могу только предположить, что стрелка компаса может ориентироваться на что-нибудь еще кроме полюсов магнита, так как стрелка компаса сама является магнитом, а магнит может притягиваться не только к другому магниту.
Из (20) следует, что с уменьшением высоты (зазора) между магнитом и ферромагнитным предметом сила притяжения магнита увеличивается по квадратичному закону.
Возвращаясь назад к теме земного притяжения, скажу, что если бы земное притяжение было аналогично магнитному притяжению, то предметы, находящиеся на поверхности или глубоко под землей были бы гораздо тяжелее, чем предметы, поднятые над землей. Однако, это не так. Формула (2) не отражает действительность.
Список литературы
1. Брагинский В.Б., А.Г. Полнарев «Удивительная гравитация» М., «Наука», 1985 г. С. 15.
2. Келдиев Х.К. Об электричестве и магнетизме // Проблемы науки. №5(18), 2017 г. С. 6-19.
3. АтабековГ.И. «Основы теории цепей» М., «Энергия» 1969 г. С. 14.
4. Григорьев В.И., Мякишев Г.Я. «Силы в природе» М., «Наука» 1983 г. С. 216.
