- •Механика
- •Раздел 1. Введение
- •Раздел 2. Кинематика
- •Векторная система отсчета
- •Декартова система отсчета
- •Цилиндрическая или полярная система отсчета
- •Раздел 3. Законы динамики
- •Раздел 4. Законы сохранения
- •Раздел 5. Гравитационное поле
- •Раздел 6. Движение в неинерциальных системах отсчета
- •Раздел 7. Элементы теории относительности. Примеры.
Раздел 5. Гравитационное поле
Закон всемирного тяготения. Гравитационное поле. Гравитационная энергия. Гравитационный радиус. “Черные дыры”. Движение в поле тяготения Земли. Космические скорости.
Законы Кеплера:
-
все планеты вертятся по эллипсу, в одном из фокусов которого Солнце.
-
за любые равные промежутки времени радиус-вектор планеты описывает одинаковую площадь то есть

-
отношение квадратов периода вращения планет к кубу длин больших полуосей одинаков для всех планет:
.
Законы
Кеплера
Закон всемирного тяготения.
Предположим,
что все орбиты круговые и так как
– это касательная к траектории, то
.
,
где
,
так как


,
где
согласно третьему закону Кеплера.
Таким
образом

.
По
третьему закону Ньютона:
.
Следовательно
.
Таким
образом,
=>

Ньютон
предположил, что
,
где
- гравитационная постоянная.
Таким
образом,
– закон тяготения между планетами
солнца.
– закон
всемирного тяготения.
Эта сила прямо пропорциональна произведению их масс, и обратно пропорциональна квадрату расстояний между ними.
Особенности:
,

Таким
образом, для небольших высот
,
тогда
,
где

,
С
точностью
решим,
что

Принцип эквивалентности масс:
Если
есть система, двигающаяся с ускорением
и находящаяся в гравитационном поле,
то исследователь, находящийся в этой
системе, не может определить, какая
часть сил обусловлена силами тяжести,
а какая – ускоренным движением системы.
-
Масса гравитации =

-
Эти силы
и
носят характер притяжения. -

Таким
образом,

Полевая теория
Любое тело создает вокруг себя поле – гравитационное поле.
Свойства гравитационного поля:
-
Оно непрерывно распределено в пространстве, проникает в другие поля и вещества.
-
Это поле действует с неокторой силой на все тела, помещенные в это поле.

Напряженность
гравитационного поля


-
планету
можно заменить точечным телом с такой
же массой M. -
Это поле цетральное (поле центробежных сил.)
То есть поле потенциально, следовательно A зависит только от начальной и конечной точки, а не от траектории.
Тогда

.
Тогда
Если

Если

Так
как

– потенциал
поля относительно бесконечности.
Определим
энергии гравитационного поля
.







=>

Таким
образом,
,

Из
формулы из предыдущей лекции получим:

-
для электрона
см
– совпадает
с другим методом вычислений.
Для
любого материального объекта

Отсюда:
-
Можно оценить гравитационную энергию объекта.
(не хватает по некоторым рассчетам,
следовательно существует еще какой то
источник энергии в Солнце(даже если
включить сюда энергию термоядерной
реакции)). -
Если сравнить гравитационный радиус планеты и истинный радиус .
и

Если
,
следовательно с планеты нельзя излучать
никакие виды энергии ( в том числе и
свет). То есть, мы эту планету не увидим.
Следовательно, возникает ЧЁРНАЯ
ДЫРА.




Движение в гравитационном поле


Поставим
задачу о движении двух тел:

Имеем
два тела: массами
и
.
Одно движется в

гравитационном поле другого от точки отсчета проведены радиус-векторы.
,
где
- единичный вектор.
Начальные
условия:
,
,
еще наложить условия

Вычтем:
– последнее
решать не будем

Законы сохранения:

Где
два последних слагаемых есть
,
так как L = const по закону сохранения
импульса
- функция от r
часть


Замечания:
-

-
но
полное не может быть,


-
-
для частицы с массой m. -
Единственное решение
движение
строго по окружности с
. -
,
то
существует два решения в некотором
интервале

движение
по эллипсу.
-
движение
по параболе (разомкнута относительно
). -
движение
по гиперболе (разомкнута вообще).
Космические скорости
-
.
Таким
образом

То
есть первая космическая скорость:
Либо
можно
посчитать:

-
– у
второй космической параболическая
траектория -
Если W > 0
под углом
(межпланетные путешествия).
