Энергия свободного падения

Под лежачий камень вода не течет (пословица)

Энергия свободного падения

Рис. 1. Свободное падение воды на Тенерифе (Канарские острова)

Ни в ньютоновской механике, ни в эйнштейновской общей теории относительности (ОТО), энергия свободного падения никак не выявлена, т.е. тела падают как бы сами по себе, без использования какой либо энергии. Но позвольте,  при гравитационном взаимодействии производится работа, если взять в планетарном масштабе, то очень огромная работа, к примеру, для удержания Земли на орбите требуется сила 3,6·1018 тонн.

Не по божьей же воле происходит всемирное тяготение, или это святой источник: из крана течет вода, а труба к нему не подходит (рис. 1). Так откуда же берётся энергия, которая превращается в кинетическую энергию, например, малого тела m, свободно падающего на большое тело М? Точно таким вопросом задается А.А. Гришаев, обнажая современную физику в ее неспособности найти истину, первопричину такого распространенного физического явления, как свободное падение [1]. В своей статье автор заостряет внимание на следующих моментах (цитата): «Этот наивный вопрос является мучительным как для физики столетней давности, так и для современной физики. Без привлечения подхода общей теории относительности (ОТО) на этот вопрос обычно отвечают так:1) гравитационное поле, создаваемое телом M, совершает работу над телом m; 2) в кинетическую энергию тела m переходит энергия гравитационного взаимодействия тел M и m. Оба эти ответа вызывают новые недоумённые вопросы. Если, во-первых, поле, создаваемое телом M, совершает работу, то энергия поля должна уменьшиться на величину совершённой работы. Но ведь это поле, а, значит, и его энергия, определяются только телом M, и, поскольку с телом M ничего не происходит, то и энергия его поля не должна уменьшаться. Иначе было бы возможно ослабить гравитационное поле планеты, многократно роняя один и тот же камешек» (конец цитаты).

А что, может действительно «роняя» камни, мы можем уменьшить силу притяжения Земли?

Энергия гравитационного взаимодействия между телами M и m, при превращении в кинетическую энергию падающего тела, так же должна уменьшаться. Но тут на помощь приходит математика, которая «изящно делает требуемое согласование, приписывая энергии гравитационного взаимодействия отрицательный знак».

Энергия свободного падения.

G – гравитационная постоянная.

На сто процентов соглашусь с автором статьи по поводу: «имеет ли смысл отрицательная энергия, которая тут же превращается в положительную кинетическую энергию?» Безусловно, это бессмыслица. Приведу еще один фрагмент, где автор по этому поводу прибегает к интересному сравнению: «Энергия, которая может быть отдана одним физическим объектом другому, положительна по своей сути, поэтому энергетический баланс принципиально отличается, например, от финансового баланса. Люди могут работать "в долг", но физические законы – нет».

Бесспорно, при свободном падении тел энергия должна уменьшаться у обоих тел, при их гравитационном взаимодействии. И она, конечно, уменьшается, просто мы этого не замечаем, т.к. не измеряем ее, для начала хотя бы камешка. Энергию камешка можно померить, поставив ему градусник, но здесь есть подводные камни. К примеру, камешек подняли на высоту 57 м (высота Пизанской башни), уточнили его температуру и отпустили. По мере приближения к поверхности земли, скорость камешка растет, он обдувается воздушным потоком, а это значит, что он интенсивно теряет энергию на охлаждение, но тут же восстанавливает ее, за счет излучения земли и окружающей атмосферы. Мы можем сбросить этот камешек в вакууме и с ним произойдет та же самая история, в свободном падении он будет охлаждаться за счет излучения, и тут же восстанавливать свою температуру. Даже, если мы вообще с этим камешком не будем производить каких либо действий, и все равно он будет охлаждаться и нагреваться, общаясь с материальным миром. Т.е., даже поставив градусник, мы не заметим уменьшения его энергии (температуры), в силу того, что излучение и поглощение происходит на световых скоростях, поэтому, движется камень или покоится, изменение его энергии обнаружить практически невозможно. В свободном полете, приближаясь к земле, камешек получает все больше квантов энергии с ее поверхности. При этом земной шар также теряет энергию, но ее меньше не становится в силу постоянного пополнения ее из недр самой земли и извне – от Солнца. Адекватно изменение температуры мы смогли бы заметить только при условии, когда в окружающем пространстве она будет ниже.

Представим, гипотетически, на некоторое время закроем непроницаемым экраном Солнце и через равные промежутки времени будем сбрасывать камни с той же башни. С другой стороны, будем сбрасывать камни или не будем, планета Земля постепенно будет остывать. Понятно, что маленькие камушки погоды не делают, но по мере остывания Земли ускорение свободного падения будет уменьшаться. Движемся далее, если Земля остынет до нулевой температуры (абсолютно), то камни с балкона наклонной башни падать не будут, ускорение будет равно нулю, а экспериментатор может свободно перепрыгнуть через перила балкона и при этом не разбиться. Сама башня, потеряв притяжение, может даже воспарить, при этом начнет разрушаться.

Вернемся на исходную, экран снимем. Каждый камешек, упавший на опору, в данном случае, на поверхность земли, давит на нее своей массой, т.е. тело имеет вес. А вес всякого камня создает гравитация Земли. Вот поэтому, «под лежачий камень и вода не течет», т.к. производится непрерывная работа по выдавливанию воды из-под данного камня, и это будет продолжаться очень долго, пока не разрушится сам камень. На гравитацию тратиться энергия и она действительно тратится, но мы этого снова не замечаем. А как заметить снижение энергии, которую нечем померить из-за ее, как говорят, не мерянного количества!

Камни падают на любое вселенское тело, даже если камни больше этого тела, и это тело имеет хоть какую-то энергию. Камни также падают не потому, что это кому-то нужно, они падают потому, что это никому не нужно! Последняя мысль явно противоречива, т.к. не зря же это выражение стало крылатым. Камни падают со смыслом, чтобы отобрать часть энергии у другого тела и чуточку согреться, и тут же поделиться этим теплом с другими. Одним словом – альтруизм! Камни падают потому, что это нужно природе для баланса, нивелирования своей энергии. Можно ввернуть про энтропию, которая стремится к нулю, т.е. в стремлении системы в состояние с наименьшей внутренней энергией.

Камни падают, при этом тратят свою энергию и энергию планеты Земля и эта энергия не может быть отрицательной. Подробно данный физический процесс с расчетами показан в предыдущей статье [2].

В заключение вернусь к ОТО [3], якобы после появления этой высоколобой теории, вскрылась истинная природа гравитации. Массивное тело искривляет вокруг себя пространство, и любое тело, попав в это пространство, начинает притягиваться к массивному телу. Притяжение происходит без потери энергии, как первым, так и вторым телом. А пространство при этом не простое, соединенное незримыми нитями (очень похоже на гравитацию) со временем. Фактически силовое воздействие гравитационного поля заменено на искривление пространства-времени, а гравитация «интерпретируется как геометрический фокус». Ньютоновское поле тяготения в ОТО заменяется тензорным метрическим полем – метрикой четырехмерного пространства-времени, где сама кривизна выступает в роли силы притяжения. В теории Эйнштейна не требуется никаких превращений энергии, т.е. в рамках ОТО свободное падение приводит к нарушению закона сохранения энергии.

В природе ничего не происходит просто так, везде тратится энергия и она должна уменьшаться. Отсутствие потери энергии на гравитацию в ОТО, говорит о ее несостоятельности в приложении к гравитации. Чисто математическая идея не в состоянии объяснить физический процесс. Физика – это не геометрия!

Гравитационное взаимодействие – если хотите цифровая форма гравитации, где каждый атом – это пиксель, отвечающий своим битом, за полную картину изображения. Каждый атом – это один бит информации, состояние покоя – соответствует «0», переход в возбужденное состояние и отстрел красного фотона соответствует «1». Гравитация квантуется.

Источники

  1. Гришаев А.А., Энергетика свободного падения, Институт метрологии времени и пространства, ГП ВНИИФТРИ / http://newfiz.narod.ru/svobpad.html
  2. Ершов Г.Д., Свободное падение тел, Гравитация / https://gennady-ershov.ru/zemlya-i-kosmos/svobodnoe-padenie-tel.html
  3. Альберт Эйнштейн и теория гравитации, Сборник статей, под ред. Е. Куранского, М. Мир, 1979, с. 146 – 196

Назад  Вперед

21 комментарий

  1. deedly:

    С Вами нельзя не согласиться, что температура влияет на силу всемирного тяготения, но только в малой степени, основной критерий масса. Изменение массы от температуры, пожалуйста. По теории Веттериха масса вообще тает..)
    Таким образом масса состоит из твёрдого, тёплого и пахнущего..)

  2. deedly:

    А Гришаев передёргивает, как плохой картёжник. Поясню, кидая и поднимая один и тот же камень будет затрачиваться одна и та же энергия. Оставив камень на земле мы тем самым увеличим массу Земли.. А теория поля неплохо это объясняет Феймановские лекции по физике.

  3. deedly:

    Вот это чьи слова-«В природе ничего не происходит просто так, везде тратится энергия и она должна уменьшаться. Отсутствие потери энергии на гравитацию в ОТО, говорит о ее несостоятельности в приложении к гравитации. Чисто математическая идея не в состоянии объяснить физический процесс. Физика – это не геометрия!»
    Безобразно выглядит.Философии нет, осталась психиатрия. Природа-понятие растяжимое! Разные виды энергии. В замкнутой движущейся системе энергия..
    Увы, нельзя распространять положения верные в одной теории на все стороны бытия! Удобно, что бог един, но он не един..). «Физика – это не геометрия!»Физика-один из подразделов Философии, познания мира! Чистая психиатрия!»Абидно, понимаешь, ничего не сделал..»)

  4. deedly:

    «В природе ничего не происходит просто так, везде тратится энергия и она должна уменьшаться.» Нормальные процессы-цикличны. Сколько «известных» видов энергий существует?
    В химии все реакции обратимы, в том числе в присутствии катализаторов. В «Природе», вообще, процесс развития клетки происходит с увеличением энергии как таковой. Таким образом зарождение живого преобразующее энергию, «по-своему», от Курильщиков(тепловой), растений(световой)..происходит с увеличением энергии? Ядерная реакция, энергия взрыва, горение, окисление с различной скоростью происходят не с уменьшением энергии..Мдя. В остальном полностью согласен!

  5. deedly:

    А что, может действительно «роняя» камни, мы можем уменьшить силу притяжения Земли?-
    Роняя камни, мы увеличиваем массу Земли, увеличиваем силу притяжения?;)

  6. Gennadiy Ershov:

    «По теории Веттериха масса вообще тает.. Таким образом масса состоит из твёрдого, тёплого и пахнущего..»
    —————————
    Масса не тает и не пахнет, а теплое относится к энергии.

  7. Gennadiy Ershov:

    «Безобразно выглядит.Философии нет, осталась психиатрия. Природа-понятие растяжимое! Разные виды энергии. В замкнутой движущейся системе энергия..
    Увы, нельзя распространять положения верные в одной теории на все стороны бытия! Удобно, что бог един, но он не един..). «Физика – это не геометрия!»Физика-один из подразделов Философии, познания мира! Чистая психиатрия!»Абидно, понимаешь, ничего не сделал..»)»
    —————————
    Природа — это не растяжимое понятие, не будем притягивать философию по конкретному действию природы. И Бог один и не делим на Будду, Аллаха, Яхве и т.д. Это разногодлосица для нездоровой конкуренции. А физика уж точно не психиатрия.

  8. Gennadiy Ershov:

    «В химии все реакции обратимы, в том числе в присутствии катализаторов. В «Природе», вообще, процесс развития клетки происходит с увеличением энергии как таковой. Таким образом зарождение живого преобразующее энергию, «по-своему», от Курильщиков(тепловой), растений(световой)..происходит с увеличением энергии? Ядерная реакция, энергия взрыва, горение, окисление с различной скоростью происходят не с уменьшением энергии..Мдя. В остальном полностью согласен!»
    —————————
    Развитие клетки происходит, прежде всего, с употреблением питательных веществ. Взрыв, горение — это преобразование одного вида энергии в другой с использованием кислорода.

  9. Gennadiy Ershov:

    «А что, может действительно «роняя» камни, мы можем уменьшить силу притяжения Земли?-
    Роняя камни, мы увеличиваем массу Земли, увеличиваем силу притяжения?;)»
    —————————
    Роняя камни мы действительно уменьшаем силу притяжения в том числе и Земли. Поскольку энергия Земли, как нам кажется бесконечная, то она не уменьшается. На самом деле уменьшается и она не бесконечная. Энергия Земли постоянно пополняется за счет энергии Солнца и ее разогрева. Поэтому, это уменьшение мы никогда не заметим. Что касается массы. Масса, сама по себе не обладает гравитацией, гравитационное взаимодействие осуществляется только благодаря энергии, заключенной в этих массах.

  10. deedly:

    это раз
    вообще Коган Шмульевич это что-то,Валерий Пакунин тоже не лыком «shit»
    Где вы видели реально замкнутую систему? Масса тает и что..» На самом деле уменьшается и она не бесконечная.», радиоактивные элементы что делают? Земля и Солнце остывая увеличиваются в размерах и..?:) Медленно за наш срок жизни нет, а за миллиарды лет.., но система относительно замкнута! Как то давно говорил Вам, что и скорость света падает за миллиарды световых лет, что с того? не обязательно из-за взаимодействия со средой, просто возраст даёт знать..вы отвергаете деградацию фотона? А что вы вообще знаете о его личной жизни?:)). Закон сохранения не может действовать на космических масштабах, когда время и расстояния стремятся к бесконечности в обе стороны?;). Тот же фотон попадая на мишень имеет угловые и боковые вектора смещения, всегда!Одно дело луч в комнате другое за миллионы световых лет. Про перенос сил тяготения фотонами или другими частицами, скажем «пассажирами фотонов». Всё может быть, но «экранировка» доказала это не совсем так. Тепло влияет на гравитацию, как и любая другая форма энергии.
    » И Бог один и не делим на Будду, Аллаха, Яхве и т.д. Это разногодлосица для нездоровой конкуренции. А физика уж точно не психиатрия.»
    Очень смешно, даёте определение бога? Не даёте, тогда не о чем говорить!Да нет единой силы, как вам очень хочется..
    «По теории Веттериха масса вообще тает.. Таким образом масса состоит из твёрдого, тёплого и пахнущего..» Очень смешно,вы знаете из чего состоит масса? Вот масса по Эйнштейну состоит из энергии. Ничто не мешает уменьшаться и С и M. Вам это не хочется, почему? На наш век хватит и С и М, тем более что С зависти от М, да ещё и от T..;). Единый объект, состоящий из вещества и антивещества можно разогнать до любой скорости!В том числе выше скорости света! И?:)
    Есть Э.М. теория на основе которой изучается гравитация(поля), но в ней нет чёрных дыр!
    Меня дико обидело ваше уничижительное высказывание о геометрии. Без числа пи и эллипса и другой фигни не было бы астрономии,физики, как и вообще философии науки. Всего наилучшего.

  11. Gennadiy Ershov:

    «Меня дико обидело ваше уничижительное высказывание о геометрии. Без числа пи и эллипса и другой фигни не было бы астрономии,физики, как и вообще философии науки. Всего наилучшего».
    —————————
    Вы создатель геометрии? Если нет, тогда к чему обиды, да еще дикие. А теперь по существу сказанного о геометрии. Цитирую: «Отсутствие потери энергии на гравитацию в ОТО, говорит о ее несостоятельности в приложении к гравитации. Чисто математическая идея не в состоянии объяснить физический процесс. Физика – это не геометрия!» Полагаю, Вы осведомлены на каком фундаменте построена гравитация в ОТО. И моя фраза о геометрии четко привязана к данному обзацу. А коли так, то что обижаться. Или Вы обиделись еще и за автора теории? Не нужно выдергивать из контекста одну фразу и апеллировать ей на всю науку ГЕОМЕТРИЮ!
    Вам, также всего наилучшего.

  12. deedly:

    Ох извините, если обидел. Мы с вами, как всегда, говорим на разных языках.»Отсутствие потери энергии на гравитацию в ОТО, говорит о ее несостоятельности в приложении к гравитации». Как можно говорить об отсутствии потери энергии вообще, при постоянном уменьшении той же массы Солнца за счёт потока нейтрино и фотонов..? Кто вообще считает, что масса не изменяется со временем? Я упоминал про радиоактивность элементов выше 82. Но это наши условия(земные), почему не допустить, что при других условиях все элементы таблицы Менделеева могут стать нестабильными? Кислород в Азот и наоборот очень легко. Далее. Даже если масса электрона в 2000 раз меньше массы протона, вылетевший электрон без позитрона вызывает уменьшение массы ядра. Те же нейтрино перерождаются из-за взаимодействия со средой. Почему вы отказываете в этом фотонам? В природе все процессы периодические,таким образом без cos(2хуzvT) физике вообще делать нечего..)Только засунуть туда для вкуса мировые константы…

  13. deedly:

    Давайте так, вы подняли камешек на высоту пизанской башни- уже совершили работу,бросая вниз энергия запасённая с высотой совершит ту же работу, что и при поднятии, потом поднимая и бросая один и тот же камешек вы делаете то же самое…, где тут что-то расходуется?

  14. Gennadiy Ershov:

    «Как можно говорить об отсутствии потери энергии вообще, при постоянном уменьшении той же массы Солнца за счёт потока нейтрино и фотонов..?»
    —————————
    Масса Солнца не уменьшается (пока), а растет, даже масса Земли растет за счет небесных пришельцев.

    «Кто вообще считает, что масса не изменяется со временем? Я упоминал про радиоактивность элементов выше 82. Но это наши условия(земные), почему не допустить, что при других условиях все элементы таблицы Менделеева могут стать нестабильными?»
    —————————
    Кто спорит, что масса не меняется. Статья о массе (http://gennady-ershov.ru/zemlya-i-kosmos/inertnaya-i-gravitacionnaya-massy.html) Данная статья об энергии, которая изменяется при гравитационном взаимодействии, а масса с боку припека.

    «Те же нейтрино перерождаются из-за взаимодействия со средой. Почему вы отказываете в этом фотонам?»
    ————————-
    Насчет нейтрино дискутировать не будем. Относительно фотона: я ему ни в чем не отказываю. Наоборот, я расширил его функцию и возложил не него посильную работу переносчика гравитации, а чё мотаться без дела туда сюда, пусть потрудится.

  15. Gennadiy Ershov:

    «Давайте так, вы подняли камешек на высоту пизанской башни- уже совершили работу,бросая вниз энергия запасённая с высотой совершит ту же работу, что и при поднятии, потом поднимая и бросая один и тот же камешек вы делаете то же самое…, где тут что-то расходуется?»
    —————————
    Поднялись по винтовой лестнице, пересчитав 294 ступени, Вы что не потратили энергию? Кроме Вас энергию потратила планета Земля, удерживая и притягивая на каждой ступени. Затем с высоты отпустили камешек, он падает вниз, Земля снова тратит энергию на его притяжение и ускорение. При ударе выделится эквивалентная энергия. НО Вы то при этом не прыгните за перила!?

  16. deedly:

    Цена вопроса, я могу и сам прыгнуть и сбросить кого-нибудь..). 300 ступенек 17-20 см на ступеньку=60 метров. S=gt^2/2? меньше 8 секунд?)).Поясню, снизу устрою мягкое приземление. Вообще с 500 метров с парашютом могу устроить за 5 тыс.руб.? Хотите?;) Вообще, изначально, сила притяжения рассматривалась через закон Гука, вы конечно, в курсе+колебания маятника, что с ними не так? Потом, когда возникла примитивная полевая модель, выяснилось, что работа по любому замкнутому контуру равна нулю. Не тратит Земля энергию! Энергия как в конденсаторе не тратится, а запасается..)Для развития чувства юмора-на Землю ежеминутно с дождями выливаются тонны воды, которая испаряется с поверхностей водоёмов и другим образом. Каждый раз клятая гравитация совершает работу и тает!)).Луна тормозит Землю вращением, через приливы. Да тает, гравитационная «постоянная» тает! По другой причине..вроде сосчитали-10 в степени -14, могу соврать..)

  17. deedly:

    «Масса Солнца не уменьшается (пока), а растет, даже масса Земли растет за счет небесных пришельцев.»
    Что вы говорите? Постоянно излучая тепловую энергию в окружающее пространство, частицы масса солнца не изменяется? Земля между прочим тоже остывает не смотря на наличие атмосферы, она не может не остывать, температура вакуума..элементарная теплотехника и закон сохранения энергии, гравитационная падает, но не шибко. Удаление Луны об этом свидетельствует. Если бы массы тандема Земля-Луна росли было бы наоборот.

  18. Gennadiy Ershov:

    Не маловато Вы поставили 5 тыс., или Вы в Пизе живете?
    «Не тратит Земля энергию! Энергия как в конденсаторе не тратится, а запасается..)»
    В конденсаторе сначала накапливается, а затем расходуется. А Земля тратит энергию! Даже с с круговоротом воды, сначала ее нужно испарить, а затем дождевую воду (снег) снова разогреть и испарить! Не гравитация совершает работу, а энергия Земли и Солнца. А гравитационная постоянная совсем не постоянная.

  19. Gennadiy Ershov:

    Теория аккреции, согласно которой расширение Земли происходит за счет накопления на ее поверхности материала астероидов, метеоритов и космической пыли.
    Ежегодно выпадает более 2 млн тонн пыли.
    Кроме космической пыли на Землю падает и большое количество метеоритов размером от нескольких миллиметров до великанов, достигающих нескольких метров в диаметре и весящих тысячи тонн.
    Если Земля добавляет такое количество массы, то Солнце это делает с еще большим успехом.

  20. deedly:

    C Алабино, как никак 3-и войнушки.. И падать с высоты 60 метров без парашюта буду 3 секунды, а не 8..как с парашютом.., а вот Вы не заметили)
    Я никогда не утверждал, да и никто в мире, что гравитационная постоянна)
    Луна хавает тоже количество пыли, но удаляется? Теория аккреции остаётся гипотезой, что никак не влияет на окончательную массу Земли, хотя как вам будет угодно..

  21. Gennadiy Ershov:

    «C Алабино, как никак 3-и войнушки.. И падать с высоты 60 метров без парашюта буду 3 секунды, а не 8..как с парашютом.., а вот Вы не заметили)».
    —————————
    Поскольку Вы до сих пор живы, то мне не интересно сколько раз падали, с какой высоты и за какое время.

    «Я никогда не утверждал, да и никто в мире, что гравитационная постоянна)»
    —————————
    Никто в мире (и Вы) не утверждал, что гравитационная постоянная — есть постоянная?
    —————————
    Без комментария!

    «Луна хавает тоже количество пыли, но удаляется? Теория аккреции остаётся гипотезой, что никак не влияет на окончательную массу Земли, хотя как вам будет угодно.»
    —————————
    Почему удаляется Луна? Вопреки закону всемирного тяготения, т.к. масса Земли и Луны растет.
    Придется написать отдельную статью. А сейчас одним предложением. Тонкодисперсная пыль плохо проводт тепло и больше его отражает, т.е. Луна со временем меньше накапливает тепловой энергии, меньше излучает гравитационных волн.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.


Ваш комментарий на модерации.