Устройство для изучения гравитационных взаимодействий физических тел Цыганова Э.П. Российский патент 2024 года по МПК G01V7/14 G01P3/38 

Изобретение относится к области физики, а именно к изучению гравитационных взаимодействий физических тел (ФТ).

Гравитация является одной из основ мироздания. Известно, что все ФТ, обладающие таким свойством как масса тела, притягиваются друг к другу (закон всемирного тяготения). О механизме притягивания ФТ друг к другу ничего не известно.

При расчетах интенсивности гравитационных взаимодействий используется понятие «центр масс» взаимодействующих ФТ. Гравитационные взаимодействия ФТ считаются чуть ли не самыми слабыми из всех известных взаимодействий ФТ. Но они становятся вполне ощутимыми (мы все рассматриваем с позиции антропоцентризма) при взаимодействии ФТ, обладающих большой массой, например, Земли и Луны, или ФТ с большой и малой массой, например, Земли и человека, перемещающегося по Земле. О скорости распространения гравитационных взаимодействий известно чрезвычайно мало, при этом данные сильно разнятся. Пьер-Симон Лаплас рассчитал (1805), что скорость гравитационных взаимодействий в десятки миллионов раз выше скорости распространения электромагнитных колебаний (света).

В 2017 году с помощью детектора LIGO американские ученые определили, что скорость гравитационных взаимодействий такая же, как скорость распространения электромагнитных колебаний (~ 300000 км/с). Но детектор LIGO имеет очень большие размеры, по существу это два больших устройства, расположенные на расстоянии 3000 км друг от друга.

Предлагаемое устройство имеет относительно небольшие размеры, но нуждается в высокотехнологичных детекторах регистрации смешений ФТ и довольно сложном программном обеспечении.

Предлагаемое устройство предназначено для изучения гравитационных взаимодействий и будет полезно при разработке, например, экранов, способных влиять на гравитационные взаимодействия ФТ.

Устройство состоит из вертикально расположенной трубы, опирающейся на фундамент, с открытой верхней торцовой частью и расположенной в нижней торцовой части жесткой площадки; труба имеет отверстие (окно) в боковой части с возможностью видеосъемки свободно перемещающегося по трубе ФТ, при этом видеосъемка осуществляется с помощью высокоскоростной видеокамеры, а обработка получаемых данных осуществляется на ЭВМ. Устройство может быть помещено в герметичную вакуумную камеру.

В изученной научной и патентной литературе предлагаемое устройство не описано.

Краткое описание устройства

Устройство состоит из трубы (1), опирающейся на фундамент (2), жесткой площадки (3), окна (4), видеокамеры (5), подсветки (монохроматической) (6), ЭВМ (7), зазора между трубой и видеокамерой (8), с целью исключения помех при съемке, и физического тела (9). (Чертеж в графической части.)

Краткое описание работы устройства с пояснениями

После удара ФТ, например, стального шара, о жесткую поверхность, шар поднимается почти на ту же высоту, с которой он падал вниз, и начинается его свободное движение вниз. Высокоскоростная видеокамера фиксирует достижение шаром максимальной высоты подъема и последующее его свободное падение. При подъеме шар обменивался импульсом с Землей, при свободном падении на него действовала только гравитация (сопротивлением воздуха можно пренебречь). Естественно, что в Природе все взаимодействия протекают во времени. Поскольку гравитация действует на шар постоянно как при подъеме так и при падении, время задержки шара на достигнутой при подъеме высоте, можно предположить, будет ничтожным, как и момент инерции, и возможности видеокамеры не позволят его определить.

Предлагаемое устройство позволяет определить все параметры, задействованные в формуле h=g⋅t²/2, где h - расстояние, на которое опустилось ФТ за время t, t - время, затраченное на преодоление этого расстояния, g - ускорение свободного падения ФТ, необходимых при изучении гравитационных взаимодействий ФТ.

Известны высокоскоростные видеокамеры, позволяющие производить видеосъемку со скоростью 1000000 кадров в секунду (10⁶), при этом время, затрачиваемое на съемку одного кадра, составляет 10^-6 с или 1,0 микросекунду; на съемку 100 кадров затрачивается 100 микросекунд (10^-5 с); на съемку 1000 кадров - 1000 микросекунд (10^-4 с) и т.д. Во время съемки ФТ перемещается вниз. Расстояния в системе отсчета СИ измеряются в метрах: 1,0 мм равен 10^-3 м; 1,0 микрон равен 10^-6 м; 1,0 нанометр равен 10^-9 м; 1,0 пикометр равен 10^-12 м и т.д.

Гравитация - постоянно действующий фактор. При изменении направления движения ФТ на 180° время задержки в действии гравитации на ФТ как и время, обусловленное действием момента инерции никто не определял, Возможно, что оно не столь велико. Будем считать, что начальная скорость ФТ равна 0, т.е. ФТ начинает движение в обратном направлении без начальной скорости. В таком случае скорость ФТ в некоторый момент может быть рассчитана по формуле V=g⋅t.

Подсчитаем, какое расстояние пройдет ФТ при движении вниз за первую микросекунду, т.е. за 10^-6 с. Подставив в формулу h=g⋅t²/2 величину g, равную 10 м/с², получим h=5⋅10^-12 м (или 5,0 пикометров или 0,005 нм).

За 100 микросекунд (10^-4 с) ФТ опустится на 5⋅10^-8 м или 50 нм.

За 1000 микросекунд (10^-3 с) ФТ опустится на 5⋅10^-6 м или 500 нм.

За 10000 микросекунд (0,01 с) ФТ опустится на 5⋅10^-2 м или 0,05 мм.

За 100000 микросекунд (0,1 с) ФТ опустится на 0,05 м или 5,0 см.

Как я уже сказал ранее, известны электрическое, магнитное, электромагнитное и гравитационное поля и их природа различна. Электромагнитные колебания распространяются в электромагнитном поле со скоростью ~ 300000 км/с, при этом распространяются всего лишь электромагнитные волны. Природа гравитационных взаимодействий ФТ, также как и природа взаимодействий электрона и позитрона, науке неизвестна. Кроме того, интенсивность, взаимодействия ФТ зависит от таких характеристик ФТ как их масса, расстояния между ФТ. Гравитация есть векторная величина и вектор взаимодействия находится на прямой, соединяющей центры масс взаимодействующих ФТ. Гравитационное взаимодействие есть постоянно действующий фактор, в отличие от других взаимодействий. При определенных условиях ФТ может находиться в состоянии покоя относительно другого взаимодействующего с ним ФТ, и при изменении условий они могут начать сближаться, притягиваясь друг к другу. Обычно наблюдается притягивание ФТ с малой массой к ФТ с большой массой, при этом ФТ с малой массой начинает движение без начальной скорости.

Говорить об измерении скорости распространения гравитационных взаимодействий не имеет смысла, поскольку гравитационное взаимодействие ФТ является постоянно действующим взаимодействием, а интенсивность взаимодействия зависит от масс взаимодействующих ФТ и расстояния между ними, что определяется по формуле F=j⋅m₁⋅m₂/r².

Если принять, что скорость гравитационных взаимодействий равна 30000 км/с, то окажется, что за одну микросекунду ФТ должно опуститься на 4,53 мм, что невозможно.

Предлагаемое устройство будет полезно при создании экранов, снижающих гравитационные взаимодействия.

Использование: для изучения гравитационных взаимодействий физических тел. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для изучения гравитационных взаимодействий физических тел состоит из вертикально расположенной трубы, опирающейся на фундамент, с открытой верхней торцовой частью и расположенной в нижней торцовой части жесткой площадкой; труба имеет окно в боковой части с возможностью видеосъемки свободно перемещающегося по трубе физического тела, при этом видеосъемка осуществляется с помощью жестко закрепленной на фундаменте высокоскоростной видеокамеры; полученные данные обрабатываются на ЭВМ. Технический результат: обеспечение возможности изучения гравитационных взаимодействий. 1 ил.

Устройство для изучения гравитационных взаимодействий физических тел, состоящее из вертикально расположенной трубы, опирающейся на фундамент, с открытой верхней торцовой частью и расположенной в нижней торцовой части жесткой площадкой; труба имеет отверстие (окно) в боковой части с возможностью видеосъемки свободно перемещающегося по трубе физического тела, при этом видеосъемка осуществляется с помощью жестко закрепленной на фундаменте высокоскоростной видеокамеры; полученные данные обрабатываются на ЭВМ.