Динамика
- Эталон системы измерения. Плотность веществ.
- Измерение веса тела в покое.
- Расчет силы тяжести и силы Архимеда для тел однородной и неоднородной плотности.
- Причина гравитации.
- Расчет гравитационной постоянной для небесных тел.
- Вес тела в движении. Изменение веса при прямолинейном и вращательном движении. Центробежный эффект (гироскоп)
- Расчет силы тяжести и силы архимеда тела в движении
- Влияние инерционного вектора на биологический объект (перегрузка)
- Процессы на Земле которые происходят под действием силы инерции вращения Земли. Сила Кариолиса. Приливы и отливы, суточные ритмы, формирование циклонов и антициклонов;
- Инерция температуры, принцип работы термосов и криосов.
- Рычаг Архимеда
- Принцип действия акселерометра
- Эффект Джанибекова. Геометрия силы
- Искусственная сила тяжести на космическом корабле
- Слова паразиты (эталон массы гири 1 кг)
1. Эталон системы измерения. Измерение плотности веществ.
Плотность воды принята за эталон 1 г/см³ (1000 кг/м³) на поверхности нашей планеты из-за ее уникальных физико-химических свойств, принятых за основу в метрической системе измерений. Плотность воды не измерили, а приняли как эталон плотности.
Сначала была принята эталонная плотность воды: 1 г/см³
Затем взяли литр воды (1000 см³) при 4°C и измерили его вес. Он оказался 1000 грамм, этот вес назвали "эталон массы 1 кг".
Отсюда эталонный кубический сантиметр (см³) - это 1/1000 часть литра, объем который был выбран как удобная единица.
То есть:
Плотность воды 1 г/см³ — это условие (эталон).
Килограмм — это вес 1000 см³ воды, который следует из этого условия.
Кубический сантиметр — это 1/1000 часть объема, взятого для определения килограмма.
Это не результат измерения, а договоренность ученных, на которой построена система единиц измерения.
Самый распространенный и точный метод измерения плотности веществ - гидростатический метод Архимеда. По мере увеличения плотности внешней среды вес тела уменьшается, а по мере уменьшения плотности среды вес тела увеличивается. Имея в наличии такую строгую закономерность и эталон плотности воды, разработан метод, суть которого в следующем:
Измеряется вес вещества в среде воздуха и воды и вычисляется их разница в весе, а так как плотность воды нам уже известна, то плотность вещества будет определяться как отношение плотности воды к разнице в весе:
ρ = 1000 / P_возд - P_вода
где:
ρ — плотность вещества,
1000 — эталонная плотность воды (кг/м³)
P_возд — вес вещества на воздухе
P_вода — вес вещества в воде
Пример расчета плотности вещества плотность которого больше плотности воды:
Вес слитка железа на воздухе, для удобства = 1 кг
Вес этого же 1 кг железа в воде = 0,8718 кг
Плотность воды (эталон) = 1000 кг/м³
Разница веса на воздухе и в воде = 1 - 0,8718 = 0,1282 (безразмерный коэффициент потери веса)
Плотность железа = 1000 кг/м³ / 0,1282 = 7800 кг/м³
Пример расчета плотности вещества плотность которого меньше плотности воды:
Вес сухой сосны на воздухе, для удобства = 1 кг
Вес этого же 1 кг сосны в воде = - 0,875 кг
Плотность воды (эталон) = 1000 кг/м³
Разница веса на воздухе и в воде = 1 - (-0,875) = 1,875 (безразмерный коэффициент потери веса)
Плотность сухой сосны = 1000 кг/м³ / 1,875 = 533 кг/м³
Как видите для расчета плотности твердого вещества нам не нужен объем тела, объем нужен для расчета силы тяжести и силы Архимеда и расчета плотности газов.
Таким образом измеряется плотность всех веществ, точкой отсчета для измерения которых является эталон плотности воды.
Если плотность тела однородная и больше плотности среды это сила тяжести тела, которая давит вертикально вниз на опору самой Земли.
Если плотность тела однородная и меньше плотности среды это сила Архимеда, которая выдавливает вертикально вверх от опоры самой Земли.
Если мы возьмем кусок льда, замороженного в естественных условиях и рассмотрим его в микроскоп, мы увидим множество пузырей воздуха, вмороженных в его структуру:
 |
| Лед под микроскопом |
Плотность льда меньше плотности воды и поэтому лед плавает на поверхности воды. Но лед, замороженный в вакууме, оказавшись в воде утонет, потому что в этом случае в его структуре не будет воздуха и плотность льда замороженного в вакууме будет больше плотности воды и следовательно лед утонет. В пенопласте объемом 1 м³ 98 % объема занимает воздух, герметично окруженный полистиролом. Поэтому плотность вещества это показатель того, сколько содержится вещества на единицу объема, это мера распределения вещества на единице объема, остальную часть которого в большинстве случаев занимает воздух, плотность которого в среднем равна 1.
2. Расчет силы тяжести и силы Архимеда для тел однородной и неоднородной плотности.
В случае если это пружинные весы (динамометр: динамос – сила, метео – измеряю) мы скажем, что вес это сила тяжести, действующая от опоры или на опору в зависимости от расположения точки опоры весов.
Если мы груз ставим сверху сила тяжести действует на опору, если же мы груз подвешиваем снизу сила уже будет действовать от опоры. Так как вектор это направление действия силы, то вес как сила будет иметь направление в зависимости от пространственного расположения точки опоры.
Процесс измерения веса на пружинных весах (динамометре) сводится к определению меры растяжения или сжатия пружины, возникающей под действием силы веса груза.
Чем тяжелее груз, тем больше растягивается или наоборот сжимается пружина, перемещая стрелку по градуированной шкале в килограмм-силах или просто в килограммах.
В случае, если это рычажные весы мы скажем, что вес это две силы тяжести, действующие на чаши весов, которые разделены плоскостью опоры и которая одновременно является точкой равновесия. Эта же точка будет являться центром тяжести.
При равенстве грузов на весах точка равновесия будет по центру тяжести, а смещая центр равновесия (тяжести) мы будем наблюдать эффект рычага.
Процесс измерения веса на рычажных весах сводится к уравновешиванию веса на одной чаше весов с набором эталонных гирь известного веса на другой чаше. Когда коромысло весов приходит в состояние равновесия (центр тяжести смещается в центр), вес тела считается равной суммарному весу гирь.
Отсюда формулируется определение веса:
Вес это сила с которой тело давит на опору если плотность тела больше плотности внешней среды и выдавливает от опоры если плотность тела меньше плотности внешней среды, из чего заключаем, что вес тела однородной плотности равен разности плотности тела и среды, умноженной на объем тела:
F = ( p тела - р среды ) * V
F < 0 → сила Архимеда (вектор вверх)
▼ — вектор вниз, к центру Земли (тело плотнее среды)
▲ — вектор вверх, от центра Земли (среда плотнее тела)Совершенно очевидно, что если результат больше нуля это сила тяжести, а если меньше нуля это сила Архимеда.
Пример расчета веса (силы) и ее направления для цельной стальной сферы в среде воздуха на поверхности Земли:
объем сферы V = 1 м³
плотность стали: ρ тела = 7800 кг/м³
плотность воздуха: ρ среды = 1,225 кг/м³
формула:
F = (ρ тела - ρ среды) · V
расчет:
F = (7800 - 1,225) · 1 = 7798,775 кгс
▼ — вектор вниз (тело плотнее среды)
Результат: цельная стальная сфера притягивается к Земле с силой 7798,775 кгс.
Пример расчета веса (силы) и ее направления для цельной стальной сферы в среде воды на поверхности Земли:
объем сферы V = 1 м³
плотность стали ρ = 7800 кг/м³;
плотность воды ρ = 1000 кг/м³
F = (7800 - 1000) * 1 = 6800 кгс (вниз). ▼
Результат: цельная стальная сфера тонет в воде с силой 6800 кгс.
Пример расчета силы Архимеда в среде воздуха для шара с гелием:
объем шара V = 1 м³
плотность гелия ρ = 0,1785 кг/м³
плотность воздуха ρ = 1,2 кг/м³
F = (0,1785 - 1,2) * 1 = -1,0215 кгс (вверх).▲
Результат: шар с гелием всплывает в воздухе с силой -1,02 кгс. Шар с гелием объемом 1м³ у поверхности Земли создает подъемную силу -1,02 кгс, что позволяет ему поднять кирпич весом 1 кг. При подъеме плотность воздуха падает, и на высоте около 150 метров она становится равной 1,1 кг/м³. В этот момент выталкивающая сила Архимеда уравновешивает силу тяжести системы (шар + кирпич), и дальнейший подъем прекращается.
Если внутри шара будет горячий воздух плотность которого будет меньше чем плотность внешней среды, мы также получим выталкивающую силу Архимеда в следующем примере:
Пример расчета выталкивающей силы для воздушного шара (Аэростата) внутри которого нагревается воздух:
Объем шара V = 1000 м³
плотность воздуха снаружи ρ = 1,2 кг/м³плотность воздуха внутри (нагретого до 100°C) ρ = 0,943 кг/м³
F = (0,943 - 1,2) * 1000 = -257 кгс (вверх)
Результат: шар с горячим воздухом всплывает с силой -257 кгс▲
(2 человека и люлька)
Пример расчета значения силы и ее вектора (направления действия) для стальной герметичной сферы с давлением воздуха внутри 1 Атмосфера:объем сферы V = 1 м³
Если нам необходимо рассчитать вес тела и его вектор которое имеет не однородную плотность, например силу с которой стальная полая сфера будет действовать под водой, нужно учитывать, что вещество одной плотности может быть больше плотности воды и следовательно тянуть тело вниз, а другое вещество в его составе меньше плотности воды и наоборот тянуть тело вверх и следовательно результирующая (средняя) сила будет определяться суммой всех сил действующих на тело неоднородной плотности:
F сум= ( p тела - р среды ) * V1+ ( p тела - р среды ) * V2...
объем стали (оболочка) Vст = 0,01282 м³
плотность стали ρ = 7800 кг/м³
плотность воздуха ρ = 1,2 кг/м³
плотность воды ρ = 1000 кг/м³
Сила для стали: F = (7800 - 1000) * 0,01282 = 6800 * 0,01282 = 87,2 кгс (вниз)Сила для воздуха: F = (1,2 - 1000) * 1 = -998,8 кгс (вверх)
Суммарная (результирующая) сила: F = 87,2 + (-998,8) = -911,6 кгс (вверх)
Результат: стальная сфера всплывает с силой -911,6 кгс. ▲
Пример расчета значения силы и ее вектора для той же стальной сферы, но с более толстой стальной оболочкой:
объем сферы V = 1 м³
объем стали (оболочка) Vст = 0,15384 м³
плотность стали ρ = 7800 кг/м³
плотность воздуха ρ = 1,2 кг/м³
плотность воды ρ = 1000 кг/м³
Сила и вектор для стали: F = (7800 - 1000) * 0,15384 = 6800 * 0,15384 = 1046,1 кгс (вниз)
Сила и вектор для воздуха: F = (1,2 - 1000) * 1 = -998,8 кгс (вверх)
Суммарная сила: F = 1046,1 + (-998,8) = 47,3 кгс (вниз ▼). Результат: сфера тонет с силой 47,3 кгс.
Пример расчета силы и вектора стальной сферы для нейтральной плавучести:
объем сферы V = 1 м³
объем стали (оболочка) Vст = 0,1469 м³
плотность стали ρ = 7800 кг/м³
плотность воздуха ρ = 1,2 кг/м³
плотность воды ρ = 1000 кг/м³
Сила и вектор для стали: F = (7800 - 1000) * 0,1469 = 6800 * 0,1469 = 998,9 кгс (вниз).▼
Сила и вектор для воздуха: F = (1,2 - 1000) * 1 = -998,8 кгс (вверх).▲
Суммарная сила: F ✡ = 998,9 + (-998,8) = 0
Результат: сфера находится в равновесии (не тонет и не всплывает, имеет нейтральную плавучесть).
Таким образом можно вычислить с огромной точностью значение и направление действия силы. Как видите наша формула F = ( p тела - р среды ) * V содержит только базовые параметры тела и внешней среды, которые определяют направление действия силы и ее точное значение.
Очевидно, что приближение результата расчета к 0 будет определять скорость движения тела. Например стальная сфера которая имеет силу тяжести 100 кгс будет тонуть в два раза быстрее чем стальная сфера имеющая силу тяжести 1 кгс. Пузыри воздуха разного объема будут иметь разную силу Архимеда и следовательно разную скорость всплытия. Обратите внимание потенциальные создатели военно промышленных корпораций, что данную скорость на поверхности нашей планеты идентифицируют как ускорение свободного падения равное g и принимают как константу.
Далее мы будем рассматривать динамические системы, которые будут находиться в процессе движения. Фактически наша формула не изменится, в нее будут добавляться возникающие параметры: скорость, время, ускорение, форма тела и так далее.
4. Причина гравитации.
Вес кирпича в воде меньше чем вес этого кирпича на воздухе в два раза потому, что плотность воды больше плотности воздуха в 1000 раз, следствием чего является выталкивающая сила Архимеда. Не сила Архимеда является причиной разной плотности тела и внешней среды, а сила Архимеда является следствием разной плотности тела и внешней среды.
По мере уменьшения плотности внешней среды, которая уменьшается по мере увеличения высоты (расстояния), вес кирпича наоборот становится больше, а в самом космическом вакууме вес кирпича становится максимальным, но не равным нулю.
Представьте себе неподвижную сферу из металла глубоко под водой. Плотность металла больше плотности воды и следовательно сфера лежит на дне удерживаясь силой тяжести действующей на опору самой земли. Теперь представьте, что плотность внешней среды начинает увеличиваться, уменьшая тем самым и вес самой сферы. Когда плотность среды станет равна плотности сферы из металла, сила тяжести сферы исчезнет. Если плотность внешней среды вокруг сферы начнет уменьшаться, ее вес наоборот, начнет увеличиваться, а при достижении плотности внешней среды плотности космического вакуума ее вес станет максимальным. Поэтому в космосе вес тела не равен нулю, но весь вес тела направлен в центр самого тела.
В космосе нет опоры относительно которой вес этой сферы может быть измерен. В космическом вакууме нет возможности измерить вес тела, из чего конечно не следует что вес тела в космосе равен нулю. В качестве же самой опоры может быть плотность внешней среды и конечно твердь самой Земли. Поэтому прицепив обычные весы к телу в космосе, вес которого направлен в центр, делают не верный вывод: "вес тела в космосе равен нулю".
 |
| Причина гравитации |
Не трудно сообразить, что весь вес планеты Земля направлен в ее центр, что собственно и является причиной того, что называют гравитация.
Определение веса Земли
Формула: F = (ρ тела - ρ среды) · V
Формула: F = (ρ тела - ρ среды) · V
Исходные данные:
ρ тела (планеты Земля) = 5514 кг/м³ (средняя плотность)
ρ среды (межпланетное пространство) = 1 · 10⁻²⁰ кг/м³
V Земли = 1,083 · 10²¹ м³ (6471 км — радиус Земли вместе с атмосферой до условной границы 100 км.)
Расчет:
Разница плотностей: ρ = 5514 - 10⁻²⁰ = 5513,9 кг/м³
Вес Земли, она же гравитационная постоянная Земли:
F = 5514 · 1,083 · 10²¹ = 5,97 · 10²⁴ кгс ▼
Гравитационная постоянная Земли (вес Земли)
G = 5,97 · 10²⁴ кгс
Следовательно любое тело которое находится в объеме Земли (в поле ее тяготения) испытывает силу притяжения равную значению гравитационной постоянной. В формуле
F = (ρ тела - ρ среды) · V гравитационная постоянная уже вшита внутрь и выражается через разницу плотностей. Вес Земли реальная сила, с которой кубометр вещества давит в направлении большей плотности. Мы получили значение через прямое вычисление известных параметров средней плотности Земли и плотности среды космического вакуума. Данный способ не требует никаких экспериментов с крутильными весами, а официальная гравитационная постоянная G, по сути является абстрактным коэффициентом пропорциональности в "законе" всемирного тяготения Ньютона.
Формула: F = G · (m₁ · m₂) / r².
Размерность м³/(кг·с²) — сложная, не имеющая прямого физического смысла.
Численное значение: 6.674 · 10⁻¹¹ (0,00000000006674) по сути это ноль, ничего не значащий параметр. Гравитационная постоянная в официальной науке получена через косвенные, крайне сложные лабораторные измерения силы притяжения между свинцовыми шарами (эксперимент Кавендиша и его аналоги). Измеряется с большой погрешностью, результаты разных лабораторий расходятся. Правильная гравитационная постоянная вычисляется напрямую из табличных значений плотности, официальная G требует знания «масс» и измеряется в сложнейших экспериментах. Следовательно правильно рассчитанная гравитационная постоянная возвращает физике ее изначальный, измеримый смысл: вес возникает из-за разницы плотностей тела и среды. Официальная "G" — это искусственный математический костыль, введенный для описания выдуманного «всемирного притяжения масс», которого в природе не существует. G = 5,97 · 10²⁴ кгс применима только к планете Земля и только в условиях межпланетного вакуума. Она не является универсальной для всех объектов вселенной, так как каждое небесное тело имеет свою среднюю плотность:
- Земля: ~5514 кг/м³
- Марс: ~3930 кг/м³
- Юпитер: ~1326 кг/м³
- Луна: ~3340 кг/м³
Каждое небесное тело имеет свой объем и плотность, следовательно свою собственную гравитационную постоянную.
Формула: F = (ρ тела - ρ среды) · V
Исходные данные:
ρ тела (средняя плотность поверхности Луны) = 3340 кг/м³
ρ среды (межпланетное пространство) = 1 · 10⁻²⁰ кг/м³
V Луны = 2,1958 · 10¹⁹ м³ для R Луны = 1737 км — радиус Луны без атмосферы
Расчет:
Разница плотностей: ρ = 3340 - 10⁻²⁰ = 3340 кг/м³
Вес Луны: G = 3340 · 2,1958 · 10¹⁹ = 7,33 · 10²² кгс ▼
Вес Земли: G ♁ = 5,97 · 10²⁴ кгс ▼
Вес Луны: G ☾ = 7,33 · 10²² кгс ▼
5,97 · 10²⁴ / 7,33 · 10² = 81,4 раз (81,3 официальное значение)Так как гравитационная постоянная Земли «вшита» в нашу формулу F = (ρ тела - ρ среды) · V, то для расчета веса тела на другом небесном теле необходим гравитационный коэффициент k, который изменяет гравитационную постоянную Земли до значения гравитационной постоянной данного небесного тела.
Вычисление гравитационного коэффициента k для любой планеты производится по формуле:
k = (ρ планеты · R планеты) / (ρ Земли · R Земли)Где:
ρ планеты — средняя плотность планеты (кг/м³)
R планеты — средний радиус планеты (км)
ρ Земли = 5514 кг/м³
R Земли = 6371 км
Знаменатель формулы:
ρ Земли · R Земли = 5514 · 6371 = 35 130 000
Следовательно:
k = (ρ планеты · R планеты) / 35 130 000
Гравитационный коэффициент для Луны:
ρ Луны = 3340 кг/м³
R Луны = 1737 км
ρ · R = 3340 · 1737 = 5 801 580
k = 5 801 580 / 35 130 000 = 0,165
Гравитационный коэффициент для Марса:
ρ Марса = 3933 кг/м³
R Марса = 3390 км
ρ · R = 3933 · 3390 = 13 332 870
k = 13 332 870 / 35 130 000 = 0,379
Гравитационный коэффициент для Юпитера:
ρ Юпитера = 1326 кг/м³
R Юпитера = 69 911 км
ρ · R = 1326 · 69 911 = 92 701 986
k = 92 701 986 / 35 130 000 = 2,64
Применение коэффициента k:
ρ Луны = 3340 кг/м³
R Луны = 1737 км
ρ · R = 3340 · 1737 = 5 801 580
k = 5 801 580 / 35 130 000 = 0,165
Гравитационный коэффициент для Марса:
ρ Марса = 3933 кг/м³
R Марса = 3390 км
ρ · R = 3933 · 3390 = 13 332 870
k = 13 332 870 / 35 130 000 = 0,379
Гравитационный коэффициент для Юпитера:
ρ Юпитера = 1326 кг/м³
R Юпитера = 69 911 км
ρ · R = 1326 · 69 911 = 92 701 986
k = 92 701 986 / 35 130 000 = 2,64
Применение коэффициента k:
Вес тела на планете
F = (ρ тела - ρ среды) · V · k
Где:ρ тела — плотность тела (кг/м³)
ρ среды — плотность среды у поверхности планеты (кг/м³)
V — объем тела (м³)
k — гравитационный коэффициент планеты
Для Земли k = 1.
Для Луны k = 0,165 (вес в 6 раз меньше).
Для Марса k = 0,379 (вес в 2,64 раза меньше).
Для Юпитера k = 2,64 (вес в 2,64 раза больше).
Исходные данные:
Плотность стали: ρ тела = 7800 кг/м³
Объем сферы: V = 1 м³
Среда на Земле:
воздух, ρ среды = 1,225 кг/м³
Среда на Луне: вакуум, ρ среды = 0 кг/м³
Коэффициенты:
Земля: k = 1
Луна: k = 0,165
Универсальная формула:
F = (ρ тела - ρ среды) · V · k
Расчет для Земли:
F Земля = (7800 - 1,225) · 1 · 1 = 7798,775 кгс
▼
Расчет для Луны:
F Луна = (7800 - 0) · 1 · 0,165 = 1287 кгс
▼
Сравнение:
F Земля / F Луна = 7798,775 / 1287 = 6,06
Результат:
Вес стальной сферы объемом 1 м³ на Луне примерно в 6 раз меньше, чем на Земле.
Данные:
F > 0 → сила тяжести (вектор вниз)
Уменьшив длину рычага в 5 раз, мы увеличим справа вес в 15 раз, 12 кгс из которых направлены от опоры вверх, а 3 кгс на опору вниз для сохранения условия равновесия. Следовательно уменьшив длину плеча в 5 раз мы получим выигрыш в силе в 4 раза.
Дальше мы будем рассматривать процесс распределения веса тела по сторонам в процессе движения тела и в процессе изменения параметров внешней среды.
3. Измерение веса тела в движении.
Простой динамометр имеет только одну плоскость свободы - вдоль оси растягивающейся или сжимающейся пружины. Сила веса поперек пружины не покажет наличие веса, лишь боковую деформацию самой пружины. Поэтому обычный динамометр измеряет вес только в одной плоскости, только в двух направлениях, только в двух точках поверхности сферы. Следовательно нам необходим такой прибор, который будет определять вес тела в любом возможном направлении, а не только в направлении сжатия или растяжения пружины, прибор который измеряет вес в направлении каждой точки поверхности сферы, а не только в вертикальном направлении к центру Земли.
В голове человека имеется "прибор" который называется вестибулярный аппарат. Это шарик который заполнен жидкостью, внутренняя поверхность которого имеет огромное количество рецепторов - микроскопических динамометров, которые реагируют на любое смещение жидкости внутри шарика при движении человека. Таким образом у человека формируется состояние равновесия в пространстве. Этот орган практически тот же самый динамометр, у которого миллионы плоскостей свободы, динамометр, который показывает наличие веса в любом направлении, во всех возможных радиусах сферы, а не только вдоль какой то одной. Если мы на поверхности Земли к нему прицепим груз весом 1 кг он покажет нам значение 1 килограмм силу. Представим что мы сделали такой динамометр и назовем его универсальным динамометром.
На поверхности Земли мы нашим динамометром измерили вес стальной сферы и нашли ее вес равный 100 килограмм сил. Далее предположим, что сферу выбросили из зависшего вертолета на высоте 100 км. К телу прикреплен наш новый динамометр для регистрации веса в любом направлении и в момент выброса мы видим значение силы тяжести 100 кгс с вектором вниз. Первые 5 - 7 секунд полета сфера будет набирать скорость т.е. будет двигаться с ускорением. Плотность внешней среды воздуха будет играть роль "опоры", относительно которой будет перераспределение веса:
В сторону ускорения вес сферы будет уменьшаться, а в противоположную сторону от ускорения наоборот в той же мере увеличиваться.
Сфера будет постоянно увеличивать скорость, а внешняя среда будет сопротивляться движению сферы своей плотностью, создавая реакцию трения (нагрева). При достижении определенной скорости, которая зависит от плотности среды, плотности сферы и ее объема (формы), весь вес сферы распределится в сторону противоположную ускорению, которое кратковременно сменится на постоянную скорость. Так как по мере падения сферы плотность внешней среды воздуха будет увеличиваться, процесс ускорения сменится на процесс медленного торможения, а вес сферы, следовательно, начнет распределяться в сторону самого торможения. Плотность воздуха по мере падения сферы будет увеличиваться, увеличивая и вес в сторону падения, а в момент возмездия сферы с терзающей спокойствие мира землей, оставшийся вес сферы мгновенно будет высвобожден абсолютной плотностью тверди самой Земли.
Вес сферы в процессе движения к Земле не изменился, вес распределился по сторонам.
Весь процесс движения тела к земле имеет четкие периоды времени и свои характеристики, которые мы можем легко рассчитать:
1. Состояние тела в момент выброса с борта вертолета;
2. Процесс ускорения тела до определенной скорости, как правило несколько секунд;
3. Стабилизация скорости (переход через ноль)
4. Начало медленного торможения до самой поверхности Земли из-за увеличивающейся плотности внешней среды, самый длинный период.
5. Момент соприкосновения тела с твердью самой Земли.
Теперь мы применим нашу формулу для расчета веса к нашему падающему на Землю телу и покажем как изменялся вес тела в каждой стадии процесса падения.
Начальная высота 100 км, движения нет
Объем стальной сферы V = 1 м³
ρ тела = 7800 кг/м³
ρ среды (высота 100 км) = 0,0373 кг/м³
1. Момент выброса (h = 100 км)
Формула: F = (ρ тела - ρ ср) · V
F = (7800 - 0.00000056) · 1 = 7799 кгс
Вектор: вниз.
ρ среды (высота 100 км) = 0,0373 кг/м³
1. Момент выброса (h = 100 км)
Формула: F = (ρ тела - ρ ср) · V
F = (7800 - 0.00000056) · 1 = 7799 кгс
Вектор: вниз.
2. Процесс ускорения (разгон)
Момент выброса. Тело покидает борт вертолёта. Происходит потеря опоры. Вес тела направлен строго к центру Земли. Статический вес сферы на высоте 100 км составляет 7799,96 кгс (для удобства округлим до 7800 кгс).
Динамика падения. Сфера устремляется вниз. Скорость v начинает расти т.е. сфера начинает двигаться с ускорением. Одновременно с этим, по мере уменьшения высоты, увеличивается плотность внешней среды ρ.
Вес тела не меняется, вес тела распределяется:
Часть веса, направленная по вектору падения (вниз), уменьшается.
Другая часть, направленная против вектора падения (вверх, на лобовую поверхность сферы), ровно настолько же увеличивается.
Сумма веса вниз и веса вверх остаётся величиной неизменной и всегда равной исходному статическому весу на точке старта:
F ст = F вниз + F вверх = 7800 кгс.
Внешняя среда и её растущая плотность начинают играть роль опоры. Воздух, уплотняясь, оказывает всё большее сопротивление на лобовую поверхность сферы. Именно это сопротивление формирует F вверх, которая по своей физической сути является силой сопротивления среды F c, выраженной в килограмм-силах. Процесс набора скорости (ускорения) прекратится в тот момент, когда вес, направленный вниз, станет равен нулю.
Когда сила сопротивления среды сравнивается с исходным весом: F c = F ст = 7800 кгс.
В этой точке весь вес сферы (все 7800 кгс) оказывается полностью перенесенным на встречный поток воздуха — вес вверх. Сфера при этом стабилизирует скорость.
Почему этот процесс занимает конечное время? Секрет кроется в непостоянстве атмосферы. Сила F c, переводящая вес вверх, зависит от двух ключевых параметров: 1. Скорость (v): чем быстрее летит сфера, тем сильнее встречный поток. 2. Плотность среды (ρ): чем гуще воздух, тем труднее через него пробиваться. Зависимость описывается формулой: F c = k · ρ · v². Здесь k — постоянный коэффициент формы. Для нашей сферы (с учётом лобового давления и донного разрежения, где C x ≈ 0.4 и площадь миделя S ≈ 1.21 м²) k ≈ 0.24. Если бы плотность атмосферы была везде одинакова (как у земли), сфера разгонялась бы бесконечно долго, асимптотически приближаясь к нулевому весу вниз. Однако при падении со 100 километров плотность среды меняется в тысячи раз (от космического вакуума до плотного воздуха у поверхности). Это создаёт двойной, лавинообразный эффект: - Растёт скорость (увеличивает F c). - Растёт плотность среды (увеличивает F c независимо от скорости). Сфера стремительно врезается во всё более плотные слои атмосферы раньше, чем успевает исчерпать инерцию разгона. Сопротивление нарастает не линейно, а ускоренно. Именно этот градиент (перепад) плотности гарантирует, что сила F c достигнет заветных 7800 кгс за вполне конкретный, конечный промежуток времени. Итог этапа. Для стальной сферы объёмом 1 м³, сброшенной со 100 км, полное перераспределение веса вверх (остановка ускорения) происходит примерно через 50–60 секунд полёта, на высоте около 20–25 километров. В этот момент скорость сферы достигает своего предела — приблизительно 450 м/с. Процесс ускорения сменяется фазой стабилизации.
3. Стабилизация
Наступает когда Fc = 7800 кгс.
a = 0, v = v_term ≈ 450 м/с.
Вес вниз = 0. Весь вес (7800 кгс) давит на лобовую поверхность сферы.
4. Торможение средой
У земли ρ возд ≈ 1.225.
Статический вес: F ст = (7800 - 1.225) · 1 = 7798.775 кгс.
Fc > F ст → торможение.
Вектор веса возвращается вниз, растёт от 0 до небольшого значения.
5. Удар
v кон ≈ 450 м/с, Δt = 0.01 с.
Ускорение удара: a уд = 450 / 0.01 = 45000 м/с² ≈ 4590 g.
Вес при ударе: P = 7800 · 45000 ≈ 351 млн. Н ≈ 35 800 тонн.
Вектор — вниз.
Наступает когда Fc = 7800 кгс.
a = 0, v = v_term ≈ 450 м/с.
Вес вниз = 0. Весь вес (7800 кгс) давит на лобовую поверхность сферы.
4. Торможение средой
У земли ρ возд ≈ 1.225.
Статический вес: F ст = (7800 - 1.225) · 1 = 7798.775 кгс.
Fc > F ст → торможение.
Вектор веса возвращается вниз, растёт от 0 до небольшого значения.
5. Удар
v кон ≈ 450 м/с, Δt = 0.01 с.
Ускорение удара: a уд = 450 / 0.01 = 45000 м/с² ≈ 4590 g.
Вес при ударе: P = 7800 · 45000 ≈ 351 млн. Н ≈ 35 800 тонн.
Вектор — вниз.
Установим наш универсальный динамометр на автомобиль.
Автомобиль начинает процесс увеличения скорости - ускорение. В процессе прямолинейного ускорения автомобиля, опорой для которого является внешняя среда воздуха, вес на нашем динамометре будет распределяться так:
в сторону ускорения и в сторону к центру Земли вес уменьшается
в противоположную сторону ускорения вес в той же мере увеличивается, а водитель ощутит эту силу как прижимание к спинке своего кресла
Вес в противоположную сторону ускорения будет увеличиваться до тех пор, пока ускорение автомобиля не достигнет значения ускорения свободного падения на Земле. В момент когда ускорение свободного падения (а) будет равно (g) вес к центру земли и в сторону ускорения станет равен нулю, а в сторону противоположную ускорению он станет равным весу самого автомобиля.
Вес автомобиля в процессе ускорения не изменился, вес распределился по сторонам.
Если процесс ускорения сменяется торможением, сила, пройдя через ноль меняет направление и становится направленной в сторону самого торможения, что также фиксируется на нашем универсальном динамометре, а водитель ощущает эту силу как прижимание к рулю.
Центробежная сила
Если теперь ускоряющийся автомобиль начинает поворот на определенный угол, он начинает двигаться вдоль дуги окружности определенного радиуса. Вместе с поворотом автомобиля поворачивается и вектор силы:
Сила поворачивается вдоль радиуса и она будет стремиться увеличить радиус. Теперь мы эту силу назовем центробежной.
 |
| Центробежная сила |
Если при прямолинейном движении необходимым условием для распределения веса является ускорение, то при вращении вектор ускорения поворачивается вдоль оси вращения от каждого полюса в центр вращения и обращается в ноль. Поэтому для центробежной силы не нужно постоянное ускорение, а достаточно постоянной скорости, ведь ускорение нейтрализовано по самой оси вращения.
Центробежная сила это сила изнутри наружу, когда вес (например воды) стремится продолжить движение радиально из центра наружу
 |
| Центробежная сила |
Как и в случае прямолинейного ускорения вес вращающегося тела не изменился, изменилось распределение веса по сторонам, что будет более наглядно из объяснения центробежного эффекта.
Центробежный эффект вращения тела (гироскоп)
Волчок это простая юла которая при вращении получает способность удерживать направление своей оси вращения в пространстве, удерживаясь таким образом в вертикальном положении вращения. Само слово «гироскоп» происходит от древнегреческих слов: «γῦρος» (gyros) вращение по кругу, и «σκοπέω» (skopeo) — смотрю, наблюдаю.)
Вращение резиновой сферы с водой очень удачный, точный и безусловно научный пример для того, чтобы проследить все степени деформации сферы с возможностью регистрации всех изменений.
Если вращать резиновую сферу вокруг своей оси, сферу от центра центробежная сила растянет по периметру экватора и в той же мере вдоль оси вращения сожмет с полюсов к центру самой сферы.
По периметру экватора перпендикулярно оси вращения центробежная сила будет максимальной и по мере увеличения частоты вращения стремится к бесконечности.
Вдоль оси вращения к центру сферы от каждого полюса сила (ускорение) наоборот будет минимальной и по мере увеличения частоты вращения стремится к нулю.
Иными словами весь вес сферы будет стремиться сконцентрироваться по периметру экватора, а по оси вращения вес сферы будет стремиться к нулю.
По мере увеличения частоты вращения сферы с водой, ее будет все больше и больше растягивать по экватору, но в той же мере сжимать с полюсов. По итогу мы будем наблюдать силовой диск, геометрия которого сформирована тремя силами:
Две с полюсов в центр сферы
Центробежная сила действующая вдоль всех радиусов по всему периметру экватора сферы
Силы которые деформировали сферу не фиктивные силы, но силы которые мы можем зарегистрировать на динамометре с более предпочтительной для нас шкалой в кг/силах.
Если теперь эти силы спроецировать на гироскоп из стали, распределение сил будет таким же:
Две силы с полюсов в центр гироскопа, а третья центробежная действующая по периметру экватора
Весь вес гироскопа будет стремиться сконцентрироваться по периметру экватора, а по оси вращения вес гироскопа будет стремиться к нулю и при определенной частоте вращения будет сформирован "силовой диск" и вес вдоль оси вращения будет равен нулю.
Вес гироскопа не изменился, изменилось распределение его веса по сторонам.
Так как весь вес гироскопа сконцентрирован по периметру экватора, то и "землей" гироскопа, которая его притягивает, становится периметр самого экватора. Как кирпич лежащий на столе притягивается к земле, так и гироскоп "притягивается" к периметру своего экватора. Поэтому любая попытка изменить направление к "земле гироскопа" заканчивается его способностью удерживать направление в пространстве. Фактически гироскоп создает свое локальное поле гравитации по периметру своего экватора, причем это поле не привязано к земле, солнцу или центру галактики, оно привязано к структуре магнитной материи.
Теперь если мы вращающийся гироскоп расположим горизонтально и предоставим ему возможность вращаться в горизонтальной плоскости на поплавке с водой, мы получим прибор который называется гирокомпас имеющий две степени свободы.
Находясь с таким прибором на экваторе, мы увидим, что ось его вращения будет удерживать заданное направление в мировом пространстве. Планета будет вращаться, а ось вращения будет продолжать удерживать направление под вращающимся основанием. Так как ось вращения земли в течении года меняет угол к орбитальной плоскости на диапазон 23,5 градуса то и ось вращения гироскопа будет менять угол синхронно с этим процессом. Поэтому мы предоставим гироскопу третью ось вращения в вертикальной плоскости и получим настоящий свободный гироскоп с тремя степенями свободы:
Где
ось Х - ось вращения ротора
ось Y - ось вращения ротора в вертикальной плоскости
ось Z - ось вращения ротора в горизонтальной плоскости
Оси вращения такого гироскопа будут реагировать на все изменения земли в мировом пространстве: вращение вокруг своей оси, изменение угла оси вращения Земли к орбитальной плоскости и конечно на орбитальное движение. Оси вращения будут поворачиваться обеспечивая ему способность удерживать изначально заданное направление оси вращения в мировом пространстве.
Следовательно появляется возможность использования данного прибора в качестве гирокомпаса или гироскопического горизонта (авиагоризонта) - искусственного вестибулярного аппарата:
 |
| Авиагоризонт |
Чем симметричней тело которое вращается тем устойчивее будет и само вращение. Поэтому производители техники особенно в которой имеется физическое вращение огромное значение придают балансировке деталей. Вращение (движение) каждой детали механизма сбалансировано со всеми остальными, чем достигается идеальная механическая симметрия - идеальный механизм.
4. Влияние инерционного вектора на биологический объект (перегрузка)
Представь себе космический корабль, который набирает скорость с безопасным ускорением 10 метров в секунду. Корабль может разгоняться до сколько угодно огромных скоростей, единственным условием является сохранение постоянного ускорения при наборе скорости, потому что если ускорение будет например 500 метров в секунду то жидкость летчика (его кровь) прижмется к стенкам вен и артерий и мгновенно останавливается. Весь процесс набора скорости (ускорения) должен происходить плавно, в пределах безопасного ускорения и наоборот уменьшение скорости должно происходить плавно. Допустим космический корабль движется прямолинейно с ускорением 10 км/с, тогда через час его скорость уже составит 36000 км/сек или 130 000 км/час. Поворот на 1 градус займет примерно 3 часа для того, чтобы не выйти за пределы опасных перегрузок из-за инерционного вектора при изменении траектории. Конечно в будущем никто не будет разгоняться до таких сумасшедших скоростей, потому что в будущем все перемещения (смещения) в космосе будут происходить посредством процесса телепортации, суть которой мы рассмотрим в главе "электромагнетизм".
У парашютистов есть такой термин "время задержки" , т. е время в течении которого происходит раскрытие парашюта - время в течении которого происходит торможение. Чем оно больше тем меньше инерционный вектор - перегрузка. Потому что если резко остановиться или изменить траекторию движения, появится инерционный момент силы. Поэтому космонавтов тренируют в специальных центрифугах, где их готовят выдерживать эти инерционные моменты сил - перегрузки, в следствии резкого набора частоты вращения, резкого ускорения (торможения), а также при изменении траектории движения корабля. Выявить предел, выше которого человеческий организм уже не сможет выдержать инерционные перегрузки и является задачей этой центрифуги.
Смещение крови к стенкам сосудов в артериях и венах происходит по той же причине, что и смещение воды на поверхности Земли - под действием центробежных и центростремительных сил инерции.
5. Расчет силы тяжести и силы Архимеда в процессе движения тела. Прямолинейное и вращательное движение
Инерция способность тела сохранять свой вес неизменным при изменении параметров внешней среды. В примерах которые мы рассматривали мы четко видели, что вес тела не меняется, меняется его распределение в пространстве: Если плотность тела больше плотности внешней среды вес направлен в сторону большей плотности, если плотность тела меньше плотности среды вес тела наоборот направлен в сторону меньшей плотности. Иными словами вектор имеет только два направления вверх и вниз. Теперь представим что наше тело получает импульс прямолинейного движения. Каким образом изменится наша формула при появлении дополнительного вектора ?
F = ( p тела - р среды ) * V
F < 0 → сила Архимеда (вектор вверх)
Допустим мы рассчитали вес тела равный 10 кгс имеющий вектор земле (силу тяжести). Вектор направлен вниз. Но теперь тело начинает двигаться с определенным ускорением и на
Внешняя среда создает сопротивление движению тела в виде трения тела о среду движения и возникает вектор распределения - вес, который четко фиксируется на динамометре. Если убрать внешнюю силу для движения автомобиля в среде воздуха, он продолжит движение по инерции, где внешняя среда воздуха будет играть роль "пружины" в которой запасается потенциальная энергия движения и она придает материальному телу силу для движения в отсутствии внешних сил. При ускорении материального тела в материальной среде, внешняя среда сопротивляется движению тела, а при торможении материального тела уже сама среда является источником движения тела по инерции.
Космическое тело (комета, спутник) при входе в атмосферу начинает тереться об атмосферу из-за реакции трения и начинает сгорать. Следовательно трение не является силой, но является результатом (реакцией) взаимодействия движущегося тела и среды движения.
Например сообщить кратковременный импульс стальному шарику он начнет движение по инерции:
в среде воды 1 см,
в среде воздуха 10 см,
в среде космического вакуума не известно, но очень много.
Чем больше скорость и дольше по времени движется тело, тем больше внешняя среда создает сопротивление движению тела (реакция трения) и тем больше следовательно сила инерции.
И наоборот:
Чем меньше скорость и меньше по времени движется тело, тем меньше внешняя среда создает сопротивление движению тела (реакция трения) и тем меньше следовательно сила инерции.
Если автомобиль начинает движение с тем же ускорением в среде космического вакуума, плотность которого равна нулю, а значит и не создает сопротивления движению, то и сила инерции будет стремиться к бесконечности, так как нет среды, которая бы создавала торможение тела.
Следовательно:
Сила инерции для прямолинейного движения пропорциональна произведению плотности (массы) тела на ускорение тела и обратнопропорциональна произведению плотности среды движения тела на время.
Сила инерции для центробежного движения по кругу пропорциональна ...
Обратите особое внимание Юные Техники, что произведение массы на скорость в учебнике называют "импульсом". Закон, который раньше назывался "закон сохранения силы инерции" теперь называется "закон сохранения импульса".
Например ты пнул мячик и он покатился под действием силы инерции, твой пинок это кратковременный импульс, а дальше сохраняется именно движущая мячик сила, а не импульс, который только привел в движение мячик. Причина не может являться следствием.
6. Процессы на Земле которые происходят под действием вращения Земли (силы Кориолиса)
Сила инерции вращающейся земли в науке называется силой Кориолиса.
Вращая стакан с водой по кругу, мы увидим смещающуюся воду по кругу силами инерции, если увеличить стакан до размеров планеты, а воду до размеров океана, процесс мы станем называть приливами и отливами.
 |
| Дневной и ночной бриз |
Небесные объекты в процессе своего движения совершают инерционную геометрию сложной петлеобразной кривой, словами Виктора Шаубергера "универсальное движение по спирали". Тот же процесс для атмосферы, что выражается в ночных и дневных бризах, ветрах, которые дуют с суши на море и с моря на сушу. Ветра как бы повторяют направление приливов и отливов, как вдох и выдох повторяют ритмы сердца. Этой инерционной силе подвержены все объекты земли обладающие массой (весом) и испытывающие влияние инерционного вращения земли и конечно сама земля, что выражается в том, что она растянута по экватору. Обратите внимание Юные Техники, Земля сплюснута с полюсов по причине того, что центробежная сила вращения Земли растягивает экватор. Земля как бы стремится равномерно разлететься и возникает гироскопическая сила под прямым углом к оси вращения Земли. Т.е. правильно говорить "растянутость по экватору", а не "сплюснутость с полюсов". Этой силе подвержен в том числе и сам человек, что выражается в графике биоритмов человека.
 |
| Биологические ритмы |
Надо учитывать соизмеримость объектов. Вес человека ничтожен по сравнению с весом океанов или атмосферы. Это как если бы вы пытались вращать на веревке не груз 10 кг, а тело с весом атома. Была бы инерционная сила при вращении тела с массой атома ? Нет, поэтому и человека не сносит при вращении Земли, а океаны "сносит" в виде приливов и отливов....
7. Инерция температуры, принцип работы термосов и криосов.
Мы нагрели воду до определенной температуры. Так как температура это мера движения частиц, то по мере остывания воды вращение и скорость ее частиц останавливаются не сразу, а по истечении времени, т.е. частицы останавливаются двигаясь по инерции. Грубо говоря вода начала остывать тоже по инерции. Сохранение ее температуры происходит по тем же законам и по той же причине, что и сохранение движения материального тела в отсутствии внешних сил. Следовательно среда, в которой остывает тело и масса самой воды будут определять время, в течении которого будет происходить падение температуры воды. Чем больше масса тела которое вращается, тем дольше оно будет останавливаться вращаясь по инерции, равно как и чем больше масса воды, которая остывает, тем дольше будет и процесс самого остывания. Поэтому бойлеры на 80 литров экономичнее бойлеров на 30 литров. Данное свойство воды могут называть "теплопроводность" или "холодопроводность". Следовательно инерция остывания зависит от массы. Но мы помним, что сила инерции пропорциональна произведению массы на ускорение и обратнопропорциональна плотности среды. Поэтому плотность среды в которой заключена масса воды остывающая по инерции играет не менее важную роль.
Термос ("термо" значит высокая температура) это емкость для длительного сохранения высокой температуры по сравнению с окружающей средой.
Криос ("крио" значит низкая температура) это емкость для длительного сохранения низкой температуры по сравнению с окружающей средой.
Лучшие термосы (криосы) это стеклянный баллон заключенный в глубокий вакуум, который практически не проводит температуру. В главе "электромагнетизм" мы проведем параллель с процессом разряда конденсатора - тоже по инерции.
8. Рычаг Архимеда
Если мы груз ставим на весы сверху сила тяжести действует на опору сжимая пружину, если же мы груз подвешиваем снизу весов сила уже будет действовать от опоры разжимая пружину. Следовательно вес как сила тяжести имеет направление в зависимости от пространственного расположения точки опоры. Проведем параллель с гидрогазодинамикой: Груз давящий на поршень насоса сверху создает внутри него давление выше атмосферного, но груз оттягивающий поршень вниз создает в насосе давление ниже атмосферного.
Формулировка Архимеда: "Соизмеримые величины (А и В) уравновешиваются на длинах, которые будут обратно пропорциональны тяжестям." (Архимед, «О равновесии плоских фигур»). Обратите внимание - уравновешены.
Рычаг Архимеда это проявление закона сохранения равновесия в природе. Выигрыш в силе появляется за счет того, что вес распределяется в зависимости от смещения точки опоры.
На картинке мы видим три коромысла к которым подвешены одинаковые грузы. Меняя положение точки равновесия (центра тяжести) мы изменяем длину плеч и следовательно распределяем силы.
На всех схемах мы видим полностью уравновешенную систему рычажных весов.
Мы смещаем точку равновесия вправо и уменьшаем таким образом плечо в два раза и как следствие видим, что справа сила увеличивалась тоже в два раза. При этом весы остаются быть уравновешенными, следовательно сила справа распределилась вверх и вниз по одной килограмм силе. Вниз на опору действует сила 1 кгс для уравновешивания и от опоры вверх сила 1 кгс - выигрыш в силе.
 |
| Рычаг Архимеда |
КГС (килограмм-сила) - это единица измерения силы, равная весу 1 кг.
Усилие человека остается постоянным, но смещая точку равновесия и увеличивая следовательно длину рычага, мы нарушаем равновесие весов, вызывая распределение веса справа.
Обратите внимание Юные Техники, что формула которую дают в средней школе содержит ошибку.
Проанализируем формулировку из учебника:
"Рычаг Архимеда дает выигрыш в силе, равный отношению длины длинного плеча к короткому (𝐹1/𝐹2=𝑙2/𝑙1). Чем длиннее плечо, к которому прикладывается сила, тем меньшее усилие требуется для поднятия тяжелого груза."
Усилие не меняется, а меняется распределение веса который поднимается. Согласно этой формулировки, мы получим выигрыш силы в 5 раз, т.е. на правой части весов для того, чтобы весы были уравновешены при уменьшении плеча в 5 раз нужно положить справа груз 15 кг.
Имеем:
слева плечо 10, вес 3 кг и его вектор вниз
справа плечо 2, вес 15 кг и его вектор вверх, а вниз веса разве нет для сохранения равновесия ? Конечно есть и он равен тоже 3 кгс, а 12 кгс это как раз и есть выигрыш в силе.
Следовательно имеем схему:
слева вес 3 кг вниз
справа 3 кгс вниз - весы уравновешены, и 12 кгс вверх - выигрыш в силе равен 12/3 т.е. в 4 раза, а не в 5.
Или другая аналогия
На схеме выше имеется коромысло длина каждого рычага по 10 см. Слева груз 3 кг и справа груз 3 кг, точка подвеса по центру, он же центр тяжести.
Весы уравновешены.
Смещаем точку равновесия в право и делаем правое плечо короче левого в 5 раз, получаем
Левое плечо 10
Правое плечо 2
следовательно для того, чтобы весы оставались в равновесии на правую сторону нужно подвесить груз 15 кг. (10/2*3=15)
Теперь смещаем точку равновесия обратно в центр.
Сколько нужно отнять от 15 кг, чтобы весы остались в равновесии ?
Нужно отнять 12 кг - тот самый выигрыш в силе, а 3 останутся для самого равновесия.
Следовательно выигрыш в силе составил 12/3=4 раза
Представьте коромысло длина каждого рычага по 10 см. Слева груз 5 кг и справа груз 5 кг, точка подвеса по центру, он же центр тяжести. Весы уравновешены. Смещаем точку равновесия в право и делаем правое плечо короче левого в 5 раз, следовательно для того, чтобы весы оставались в равновесии на правую сторону нужно подвесить груз 25 кг. (10/5*5=25)
Теперь смещаем точку равновесия обратно в центр.
Сколько нужно отнять от 25 кг, чтобы весы остались в равновесии ? Нужно отнять 20 кг - тот самый выигрыш в силе. Но не 25 кг, как говорит нам учебник.
Материальное тело движется относительно другого условно неподвижного материального тела, например планеты Земля.
В данном случае первая точка отсчета - тело, а вторая точка отсчета земля. Т.е. относительными могут быть материальные "точки отсчета", само же "движение" безотносительно, так как "движение" не является точкой отсчета, движение не является материальным объектом, чтобы иметь свойства материальных тел. Движение это процесс, посредством которого происходит взаимодействие различных материальных тел которые мы называем для удобства "точками отсчета". В зависимости от агрегатного состояния, само тело может быть твердым, жидким или газообразным, оставаясь при этом телом.
Акселерометр.
В технике существует прибор который называется акселерометр, по своей технической сути является обычным динамометром, который измеряет вес. Обратите внимание акселерометр в покое является самым обычным динамометром, который измеряет силу инерции (вес) тела, а не его ускорение.
Причина "гравитации"
Тело, которое лежит на земле, не перестает иметь силу тяжести, тело потому и лежит на земле, потому что продолжает притягиваться к самой земле. Тело, которое лежит на земле находится в состоянии "постоянного торможения" относительно опоры в виде самой земли, а сила инерции тела, которое испытывает торможение направлена в сторону самого торможения, т.е. к самой земле. Иными словами "притяжение" к Земле это следствие того, что тело имеет вес. Следовательно причина "притяжения к земле" это вес самого тела. Вес, который появляется на динамометре при торможении автомобиля в сторону самого торможения появляется по той же причине, что и вес тела на поверхности движущейся в космическом пространстве земли. Некоторые далекие от науки научные круги могут называть эту силу "гравитация".
Про тело которое находится в невесомости космоса говорят "у тела нет веса", пусть телом будет простой кирпич. Теперь, если мы начнем вращать этот кирпич вокруг своей оси, или двигать с ускорением по прямой, то у кирпича появится сила инерции и появится значение веса, которое мы четко зафиксируем на простых весах (динамометре). Т.е. причина веса кирпича который находится в космосе - движение при котором есть ускорение, торможение или изменение траектории движения. Данные силы действуют также и на земле ровно в той же мере. Следуя данной логике, если причиной веса в космосе являются силы инерции в следствии движения тела, то и на земле причиной веса кирпича являются те же самые силы инерции которые могут называть "гравитация".
Материальное тело падающее на землю испытывает сопротивление среды и это сопротивление среды выражается в силе которую называют вес.
не ускорение свободного падения, а торможение свободного падения.
Почему вес при ускорении автомобиля возникает в обратную сторону ускорения, а вес гири возникает в сторону ускорения свободного падения ? Потому что термин "ускорение свободного падения" не правильный термин, но правильный термин "торможение свободного падения". Потому что вес при торможении автомобиля возникает в сторону самого торможения, как и вес гири в сторону ее торможения опорой самой земли. Гиря находясь на Земле продолжает испытывать торможение опорой в виде самой Земли. "Постоянное торможение" гири воспринимается как "притяжение Земли" или "гравитация". Совершенно очевидно, что причиной того что называют "гравитация" являются самые обычные силы инерции.
Инерционная система отсчета это система плотность которой равна нулю, но сила инерции в среде с нулевой плотностью, каковой является космический вакуум тоже равна нулю... Как может система отсчета быть инерционной, если ее плотность равна нулю и никакой инерции в ней быть не может ?
Таким образом причиной того, что называют "гравитация" является простая сила инерции при движении планеты в космическом пространстве.
Искуственная сила тяжести
Вес как термин теряет смысл вне поверхности Земли, к центру которой он направлен на самой Земле. В космосе нет веса кирпича не потому, что его нет, а потому, что нет самой земли которая является для него опорой. Следовательно в космосе нет не веса, а отсутствует опора для его определения.
Если в космическом вакууме вращать систему из 8 динамометров с гирями плотность (масса) которых по 1 кг, мы увидим на всех динамометрах наличие веса. Для симметрии можно обойтись и двумя, но всегда больше 1 и всегда четное.
Если длина рычага каждого динамометра будет равна радиусу Земли, а наша система будет вращаться с частотой 1 оборот в сутки, на каждом приборе мы зафиксируем вес по 1 кгс.
Что в данном случае является опорой, относительно которой мы увидели показания на приборе ?
Эталон массы гири 1 кг. Килограмм-сила
Представим себе пружинные весы у которых с одной стороны шкала в кг, а с другой стороне шкала в ньютонах. Подвесим к ним эталон массы гири 1 кг.
На одной стороне весов мы увидим значение 1 кг, а с другой стороны весов соответственно мы увидим значение 9,8 ньютон.
Переместим наши весы в открытый космос и увидим, что и масса и вес стали равны нулю. Переместим наши весы на поверхность Луны. Так как Луна притягивает к себе в 5,7 раз меньше, чем земля, то ответ будет с одной стороны они покажут массу 175 грамм, а с другой стороны вес 1,6 ньютон.
Вес и масса у нас изменились в равной степени потому, что это одно и то же.
Единственная разница в процессе измерения это размерность в которой мы получаем результат: масса в кг, а вес в ньютонах. Разная размерность на весах не изменяет физический смысл того, что эти весы измеряют. От того, что Вы градусы в термометре назовете вольтами, термометр не перестанет измерять температуру, а от того, что Вы килограммы назовете ньютонами весы не перестанут измерять силу тяжести, с которой тело действует на опору или подвес.
Масса 1 кг не является причиной того, что на другой стороне весов появилась сила 9,8 ньютон, причина не может являться причиной самой себя.
 |
| Эталон массы гири 1 кг |
Следовательно масса и вес не разное, но два разных названия одной и той же величины.
Так откуда появилась техническая необходимость одному и тому же давать разные названия - вес и масса, если при любых условиях, при любых движениях и масса и вес у нас изменяются одинаково ? Зададим ученному с большой и умной головой этот вопрос, он в качестве аргумента может привести такой пример:
Представьте два одинаковых по размеру шара в глубоком космосе (где весов нет и взвешивать нечего): один из пенопласта, другой из стали.
Если вы толкнете пенопластовый шар, он легко отлетит.
Если вы толкнете стальной шар с той же силой, он почти не сдвинется, а вы отлетите назад.
У этих шаров разная масса, хотя их вес в этот момент абсолютно одинаков и равен нулю. Следовательно, масса — это внутренняя характеристика самого предмета (сколько в нем «вещества»).
Как видите из этого простого примера параметр "плотность вещества" стал вдруг теперь "массой".
Масса это просто произведение плотности на объем и не более того.
Следовательно термин "масса" вполне можно исключить из науки и заменить его на термин "вес" с той лишь разницей что параметру "вес" нужно оставить размерность "килограмм - сила", а в быту "сила" сокращается и остаются просто кг. Тогда все встанет на свои места и необходимости в использовании термина "масса" не будет. КГС (килограмм-сила) - это единица измерения силы, равная весу 1 кг. Размерность "ньютон" придется убрать, чтобы не мешала и не путала людей.
В случае прямолинейного ускорения все просто:
сила инерции возникает в противоположную сторону ускорения. Т.е. вектор ускорения и вектор инерции вдоль одной прямой в разных направлениях.
Но когда тело начинает двигаться вдоль дуги окружности, центробежная сила возникает также вдоль вектора дуги в обратную сторону ускорения. И тут происходит метаморфоза, результатом которой становится тот факт что центробежной силе не нужно ускорение и не нужно торможение, а достаточно постоянной скорости.
........
При определенном соотношении частоты вращения, веса и диаметра при движении по кругу центробежная сила инерции возникает строго вдоль радиуса под прямым углом к оси вращения. Это идеальный случай резонансного вращения, при котором центробежный вектор смещается точно под прямым углом к оси вращения. Если частота вращения больше резонансной угол становится острым к оси вращения, если частота меньше угол становится тупым. Задача определить данную частоту в зависимости от частоты, веса и диаметра вращения.