Свободное падение тел в вакууме.
Из школьного курса физики известно, что падение тел в вакууме происходит с одинаковой скоростью вне зависимости от их массы. Попытаюсь объяснить почему так происходит. Представьте себе, что в вакууме падает много одинаковых металлических шариков. Очевидно, что они будут падать с одинаковой скоростью. Допустим, что часть из них будет связана между собой невесомыми нитями или помещена в пластиковый пакет. Приведёт ли это к их ускоренному падению? Думаю, что нет. Тела состоят из одинаковых элементарных частиц независимо от того, что они образуют в конечном итоге: металл, перо, дерево и т.д. Гравитационное поле образуют именно эти частицы и поэтому падение тел под действием гравитационного поля Земли будет подобно падению шариков из предыдущего примера только в роли шариков будут выступать элементарные частицы. При этом следует понимать, что при попытке затормозить это падение мы вынуждены будем применять большее усилие к телам обладающим большей массой. Это объясняется тем, что в данном случае мы противодействуем силе притяжения большего числа «шариков», т.е. сумме притяжения всех элементарных частиц в составе тела, что соответствует понятию – вес. Приведённые рассуждения, на мой взгляд, лишний раз подтверждают, что вне зависимости от вещества элементарные частицы образующие его абсолютно одинаковы и именно они являются источником гравитационного поля и способны в нём взаимодействовать. Возможно, если бы, скажем, нейтроны обладали разной массой, то они падали бы с различным ускорением, в зависимости от их массы. Вероятно, элементарные частицы являются устойчивыми аномальными уплотнениями некой однородной среды, в которой возникает натяжение в результате их образования.
Спасибо за внимание. Чудак.
746 сообщений
Откуда: Интернет
Кто: В поисках истины
Возраст: 35
т. Приведёт ли это к их ускоренному падению? Думаю, что нет.
Тогда как Вы обясняете дефект масс?
Приведённые рассуждения, на мой взгляд, лишний раз подтверждают, что вне зависимости от вещества элементарные частицы образующие его абсолютно одинаков
Нет это Ваше предположение, что частицы одинакоые. Оно не может доказывать. И рассуждений у вас нет скорее констотация фактов.
Любые два предмета в вакууме будут падать с одинаковой скоростью
Space Power Facility / © www.nasa.gov
Многие наши читатели наверняка знают, что любые два предмета в вакууме будут падать с одинаковой скоростью. Возможно, кто-то даже видел демонстрацию этого опыта лично. Но наверняка вы пока не видели, как классический эксперимент воспроизвели в самой большой вакуумной камере в мире. Если так, то смотрите.
Недавно физик Брайан Кокс посетил вакуумную камеру «Space Power Facility» НАСА в американском штате Огайо, чтобы проверить её. Колоссальная алюминиевая конструкция достигает 30,5 м в диаметре и 37,2 м в высоту, а объём её — 22653 кубических метра.
Брайан Кокс / © saddind.co.uk
Больше всего в видеоролике впечатляет даже не то, что перо и тяжёлый шар для боулинга падают с одинаковой скоростью, а реакция Кокса и инженеров. Они знали, как закончится опыт и чего ожидать. Многие из них уже наблюдали такой эксперимент в меньшем масштабе. Но наблюдая, как перо и шар вместе падают с огромной высоты, учёные улыбались и смеялись как дети. И это потрясающе.
ss69100
Ещё в школе на одном из уроков физики был озадачен выводом учителя, подтверждённого в тексте учебника, о том, что все тела, падающие с одинаковой высоты, достигнут поверхности Земли за одно и то же время, независимо от массы падающих тел. Конечно, при отсутствии сопротивления воздуха.
Понятно, что если ускорения тел одинаковы, то и скорости их падения в любой момент времени равны, когда тела отпускают падать с одинаковой высоты с единой начальной скоростью.
Тогда, в школе, подумалось: ведь в то время не было фотоэлементов. Как же учёный сумел зафиксировать время касания телами поверхности? Ведь на Земле тела с двухметровой высоты падают менее секунды, а реакция человека порядка одной секунды. А если тела всё же не одновременно достигают дна трубки, но разницу очень сложно зафиксировать?
Давайте попробуем разобраться. Если кто-то заметит ошибку в рассуждениях — буду признателен за любое конструктивное замечание.
Прежде, чем продолжать, необходимо вспомнить, как вычисляется скорость сближения двух тел. Скажем, между городами 600 км, и навстречу выехали две машины с постоянной скоростью. Одна проезжает 80 км в час, другая 120 км в час. За 3 часа первая проедет 240 км, вторая — 360 км, в сумме — 600 км. Т.е. машины встретятся, а значит в данном случае скорость надо складывать, и чтобы узнать момент встречи тел — просто поделить расстояние между ними на суммарную скорость сближения.
Теперь давайте проведём мысленный эксперимент. Есть планета Земля со своим ускорением свободного падения g. Согласно закону Всемирного тяготения Ньютона, два тела притягиваются друг к другу пропорционально их массам и обратно пропорционально квадрату расстояния между телами.
Теперь поместим вместо Земли2, скажем, Луну. У Луны ускорение свободного падения gЛуны примерно в 6 раз меньше земного. Значит под действием всё того же закона Всемирного тяготения Луна будет падать на Землю с ускорением g, а Земля на Луну с ускорением gЛуны. Тогда скорость сближения v2 будет иной, нежели в первом случае, а именно:
v2 = gt + gЛуны*t = (g + gЛуны) * t.
Величина g + gЛуны примерно в 1,7 раза меньше величины 2g.
Что же получается? Расстояние между телами (высота падения) одинакова, а скорости падения различны. Но ведь нас уверяют, что время падения одно и то же для тел любой массы! Тогда получаем противоречие: высота падения одна и та же, время одинаковое, а скорости разные. Так в физике быть не должно. Если, конечно, в мои рассуждения не вкралась ошибка.
Другое дело, что для практических расчётов точности вполне хватает, если не принимать во внимание ускорение свободного падения того тела, которое падает на Землю: оно слишком мало по сравнению с величиной g ввиду несопоставимости масс Земли и падающего тела. Масса нашей планеты порядка 6 × 10 24 кг, что действительно несопоставимо ни с каким падающим на Землю телом.
Однако утверждение в учебниках о том, что при отсутствии сопротивления воздуха все тела падают на Землю с одинаковой скоростью следует признать неверным. Неверно и утверждение, что они падают с одинаковым ускорением. С практически одинаковым — да, с математически и физически точно одинаковым — нет.
Такие утверждения учебников искажают правильное восприятие реальной картины мира.
II. Основная часть.
Великий греческий философ и ученый Аристотель придерживался распространенного представления о том, что тяжелые тела падают быстрее, чем легкие. Аристотель и его последователи стремились объяснить, почему происходят те или иные явления, но не всегда заботились о том, чтобы пронаблюдать, что происходит и как происходит. Аристотель весьма просто объяснил причины падения тел: он говорил, что тела стремятся найти свое естественное место на поверхности Земли. Аристотель знал, что камни падают быстрее, чем птичьи перья, а куски дерева — быстрее, чем опилки. Описывая, как падают тела, он высказал такое утверждение: «. направленное вниз движение куска свинца или золота или любого другого тела, наделенного весом, происходит тем быстрее, чем больше его размер. ».
В XIV столетии группа философов из Парижа восстала против теории Аристотеля и предложила значительно более разумную схему, которая передавалась из поколения в поколение и распространилась до Италии, оказав двумя столетиями позднее влияние на Галилея. Парижские философы говорили об ускоренном движении и даже о постоянном ускорении, объясняя эти понятия архаичным языком.
Великий итальянский ученый Галилео Галилей обобщил имеющиеся сведения и представления и критически их проанализировал, а затем описал и начал распространять то, что считал верным. Галилей понимал, что последователей Аристотеля сбивало с толку сопротивление воздуха. Он указал, что плотные предметы, для которых сопротивление воздуха несущественно, падают почти с одинаковой скоростью. Ученый писал: «. различие в скорости движения в воздухе шаров из золота, свинца, меди, порфира и других тяжелых материалов настолько незначительно, что шар из золота при свободном падении на расстоянии в одну сотню локтей наверняка опередил бы шар из меди не более чем на четыре пальца. Сделав это наблюдение, я пришел к заключению, что в среде, полностью лишенной всякого сопротивления, все тела падали бы с одинаковой скоростью». Предположив, что произошло бы в случае свободного падения тел в вакууме, Галилей вывел следующие законы падения тел для идеального случая:
Все тела при падении движутся одинаково: начав падать одновременно, они движутся с одинаковой скоростью.
Движение происходит с постоянным ускорением; темп увеличения скорости тела не меняется, т.е. за каждую последующую секунду скорость тела возрастает на одну и ту же величину.
Галилей знал: простому описанию падения тел мешает сопротивление воздуха. Обнаружив, что по мере увеличения размеров тел или плотности материала, из которого они сделаны, движение тел оказывается более одинаковым, можно на основе некоторого предположения сформулировать правило и для идеального случая. Можно было бы попытаться уменьшить сопротивление воздуха, используя обтекание такого предмета, как лист бумаги, например.
Но Галилей мог лишь уменьшить его и не мог устранить его полностью. Поэтому ему пришлосьвести доказательство, переходя от реальныхнаблюдений с постоянно уменьшающимся сопротивлением воздуха к идеальному случаю, когда сопротивление воздуха отсутствует. Позже, оглядываясь назад, он смог объяснить различия в реальных экспериментах, приписав их сопротивлению воздуха.
Вскоре после Галилея были созданы воздушные насосы, которые позволили произвести эксперименты со свободным падением в вакууме. С этой целью Ньютон выкачал воздух из длинной стеклянной трубки и бросил сверху одновременно птичье перо и золотую монету. Даже столь сильно различающиеся по своей плотности тела падали с одинаковой скоростью. Именно этот опыт дал решающую проверку предположения Галилея.
Итак, еще ученые Средневековья и Возрождения знали о том, что без сопротивления воздуха тело любой массы падает с одинаковой высоты за одно и то же время, Галилей не только проверил опытом и отстаивал это утверждение, но и установил вид движения тела, падающего по вертикали: «. говорят, что естественное движение падающего тела непрерывно ускоряется. Однако в каком отношении это происходит, до сих пор не было указано; насколько я знаю, никто еще не доказал, что пространства, проходимые падающим телом в одинаковые промежутки времени, относятся между собою, как последовательные нечетные числа». Так Галилей установил признак равноускоренного движения: S1:S2:S3: . = 1:2:3: . (при V0 = 0).