Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении icon

Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении



НазваниеН. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении
страница3/4
Дата конвертации08.09.2012
Размер0.91 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4

Фиг. 1 Отклонение от отвеса окончательного положения тела, после падения в воду с высоты 1,7 см.
Практическое осуществление этого опыта затруднялось конвекционными токами в воде. Помещая сосуд с телом внутри другого сосуда с водой, в свою очередь закрытого цилиндрическим экраном из блестящей жести, удалось свести скорость конвекционных токов до 0,1–0,2 мм в минуту. Другая трудность заключалась в осуществлении симметричного зажима волоса без преимущественной плоскости натяжений. Возможность такой преимущественной плоскости была в значительной степени уменьшена. Всё же для исключения этих ошибок опыты производились в различных азимутах, путём поворота всей установки. После того, как тело было подвешено, опыт производился через несколько часов. На фиг. I изображены результаты этих измерений полного смещения тела в воде после падения.

Координатные оси (X и Y) были выбраны случайно в соответствии лишь с ориентацией помещения, в котором производились опыты. Центр полученного облака точек расположен действительно к югу на расстоянии 8–9 мм от точки подвеса, что хорошо согласуется с предсказанным результатом. Отклонение к востоку в этом опыте должно составлять только доли миллиметра. Поэтому полученное небольшое смещение к востоку должно быть результатом некоторой, не вполне исключённой систематической ошибки.

На поверхности Земли преобразование обычной тяжести ^ A(p) в наблюдаемую тяжесть A’(p) имеет вид:

A’(p) =A(p)+ j(p) |A(p)| , (20)

где (p) представляет собой коэффициент порядка 10 –5, зависящий от полярного расстояния p и положительный в умеренных широтах обоих полушарий. Согласно выводу 8 гл III, этому преобразованию отвечает следующее преобразование реакций:

R’ =R– j (p) |R| . (21)

Формулы (20) и (21) являются результатом преобразования хода времени. Поэтому можно предположить, что и другие силы, в связанных с поверхностью Земли системах, будут видоизменяться соответственно этим формулам: упругие силы – аналогично реакциям по формуле (21), силы же инерции – аналогично тяжести по формуле (20). Справедливость этого предположения легче всего проверить по действию на систему периодических сил. Действительно, средние по времени этих сил и равны нулю, в то время как:

. (22)

Например, при колебаниях системы в горизонтальной плоскости должен получиться сдвиг колеблющегося тела к северу. Для получения заметных сдвигов останавливающие тело силы должны нарастать с расстоянием очень постепенно.
Вместе с тем, периодически меняющиеся силы должны быть по возможности большими. Этим условиям будет удовлетворять длинный маятник, телу которого сообщаются значительные горизонтальные ускорения колебанием нити подвеса. В первоначальном варианте опыта симметричное тело маятника весом около 30 гр. было подвешено с помощью нити, толщиной порядка 0,1 мм и длиной 180 см (период 3 сек) к железной пластинке, которую могли подтягивать по вертикали расположенные над ней электромагниты. Изменяя частоту тока, можно было создать любые вертикальные дрожания подвеса. При дрожаниях меняется натяжение нити, и подбором частот можно было осуществить явление параметрического резонанса, когда нить маятника превращалась в колеблющуюся струну с неподвижным и почти неподвижным концом. Колебания параметрического резонанса были не поляризованы и нить имела вид виол не симметричного веретена. Резонанс осуществлялся на различных частотах, например, при частотах около 90 герц, расстояние между узлами получилось порядка 60 см, при полной амплитуде в пучности около 7 мм. Таким образом, горизонтальные силы, приложенные к телу маятника, получались порядка нескольких процентов веса. Оказалось, что маятник можно в плоскости меридиана раскачать или остановить, осуществляя включением тока на короткое время параметрический резонанс при прохождении маятника около положения равновесия. Этот же эффект получался при постоянном дрожании подвеса переходами от нерезонансной частоты к резонансу. За 50 последовательных включений тока, когда маятник двигался к северу, получалось полное раскачивание в 1 мм. Остановка же при этой начальной амплитуде получалась за 15–20 включений тока, при движении маятника к югу. Отсюда можно заключить, что при наличии горизонтальных составляющих напряжения нити, на маятник действует некоторая дополнительная сила, направленная к северу. Оказалось, что действие этой силы можно наблюдать непосредственно. Действительно, при длительных включениях тока, то есть при постоянном параметрическом возбуждении, среднее положение маятника сдвигалось к северу на величину около 0,04 мм от его положения в покое или при отсутствии резонанса. Таким образом, величина этой дополнительной силы, действующей к северу, получилась равной 2·10 –5 g.




Фиг. 2 Линейное смещение маятника при вибрациях, в зависимости от длины маятника. Верхняя прямая соответствует наблюдениям в Пулкове (=59°46’), нижняя – в Ботаническом саду г. Кировска (=67°39’).
Этот опыт должен дать величинуN(p) горизонтальной проекции вектора j (p), согласно формуле (22). Правильный по порядку результат получится, если в формуле (22) принимать для || полное значение тяжести A(p). Таким образом, горизонтальные силы, действующие на тело при параметрическом резонансе, только возбуждают переход в другое равновесное состояние, в котором на маятник действует не сила веса A’(p), а сила A’’(p) с удвоенным коэффициентом (p). Правильность этого заключения была проверена на маятниках длиной 3,30 м и 10,60 м. С помощью узкой щели можно было получать колебания, поляризованные в определённой плоскости. Оказалось, что переход в возбуждённое состояние A’’(p) осуществляется только с помощью горизонтальных сил, действующих в плоскости меридиана. Поворачивая плоскость поляризации, при достаточно большой амплитуде колебаний, можно было найти критический угол, при котором эффект то появлялся, то исчезал. Дальнейшее увеличение проекции колебаний на плоскости меридиана не изменяло достигнутого состояния A’’(p). Переход в состояние A’’(p) всегда происходил скачком, как только проекция горизонтальных ускорений на плоскость меридиана достигала нескольких процентов g. Появление эффекта совершенно не зависело от частоты резонанса, то есть от числа узлов на нити маятника. Смещение к северу тела маятника длиной 10,6 м составляло в Пулкове 0,21 мм. Как видно из фиг. 2, линейный эффект строго пропорционален длине маятника. С увеличением широты места наблюдений следовало ожидать значительного уменьшения N(p), во–первых, из–за уменьшения горизонтальной проекции, во-вторых, из-за резкого уменьшения вектора j(p), величина которого должна проходить через нуль в высоких широтах. Действительно, опыты в г. Кировске (Полярно–альпийский Ботанический сад Академии наук, = 67°39’ ) показали уменьшение N(p) более чем в два раза, в сравнении с Пулковом = 59°46’ (см. фиг. 2). При наблюдении этого малого эффекта в Кировске оказалось, что при очень больших колебаниях нити маятник может перейти в следующее возбуждённое состояние A’’’(p), с утроенным коэффициентом (p). Изучаемые силы направлены по оси вращения Земли. Поэтому в умеренных широтах северного полушария должны наблюдаться вертикальные проекции, направленные вверх, которые можно пытаться получить при вибрациях системы с вертикальной степенью свободы. Простейшей системой такого рода являются рычажные весы. Допустим, что на одном конце коромысла весов подвешен груз на жёстком подвесе, который может передать грузу вибрации коромысла. Другой же уравновешивающий груз, подвешен с помощью резиновых амортизаторов, гасящих колебания. Тогда при вибрации весов можно будет наблюдать уменьшение веса вибрирующего груза. В произведённых опытах опора коромысла весов была охвачена специальной скобкой, которая гибким тросом соединялась с расположенным над весами электромагнитным реле. Обычно в весах существуют направляющие для вертикального перемещения опоры коромысла при арретировании весов. Благодаря этим направляющим получались вертикальные колебания коромысла без боковых раскачиваний. подавая на реле переменный ток от звукового генератора, можно было вызвать вибрации любой частоты, не нерушая качества показаний весов. Всё же эти опыты следует производить на весах малой чувствительности (технические, второго класса), у которых рёбра призм соприкасаются с площадками, имеющими форму крышек.




Фиг. 3. Облегчение груза при вибрациях в зависимости от его веса. Верхняя прямая соответствует наблюдениям в Пулкове (=59°46’), нижняя – в Ботаническом саду г. Кировска (=67°39’).
Опыты с весами показали, что облегчение жёстко подвешенного груза, как и смещение в опытах с маятником, происходит скачком, начиная с некоторой амплитуды вибраций. Приходится подбирать оптимальную амплитуду, при которой получается эффект, но не расстраиваются весы. При многократных взвешиваниях удалось измерять облегчение груза с точностью до нескольких десятых миллиграмм. На фиг. 3 изображены результаты этих опытов, произведённых в Пулкове и в Ботаническом саду г. Кировска. Как это следует из наших формул, облегчение груза оказалось пропорциональным его весу. Угловой коэффициент этих графиков даётZ(p), то есть вертикальную проекцию вектора j(p). С помощью этих значений и значений горизонтальных составляющих фиг. 2, можно определить – угол наклона вектора j(p) к горизонту:

. (23)

В табл. IV приведены результаты всех произведённых измерений:

Таблица IV

Место

Широта

Z(p)·105

N(p)·105

(p)·105



Пулково

59°46’

3,40

2,00

3,96

59°32’

Кировск

67°39’

2,32

0,93

2,50

67°58’

Из этой таблицы видно, насколько хорошо угол ‘ совпадает с широтой места наблюдений. Этот результат убедительно показывает, что наблюдаемые в опытах с вибрациями силы действительно равны дополнительным асимметричным силам тяжести, действующим на поверхности Земли. Таким образом, оказался найденным весьма простой способ непосредственного измерения сил, вызывающих асимметрию Земли. Экстраполируя данные таблицы IV, можно оценить критическую широту , на которой исчезают асимметричные силы: =73° ( po=17°). Тогда из формулы (17) получается: k=0,66=2/3 м, согласно уравнениям (16) и (14), фигура Земли должна описываться формулой:

. (24)

Весьма знаменательно, что полученная нами критическая параллель соответствует в северном полушарии границе материков и началу впадины Ледовитого океана, а в южном полушарии, наоборот, параллели поднятия материка Антарктики.

В области от критической широты до полюса асимметричные силы меняют знак, поэтому на весах должно наблюдаться утяжеление вибрирующего груза. Это утяжеление будет на полюсе достигать наибольшего значения порядка абсолютного значения вектора j(p) умеренных широт. Таким образом, в полярных областях следует ожидать изменения утяжелений груза в 1 кг около 0,2–0,3 мг на 5° широты. Весьма вероятно, что этим путём можно осуществить практически полезное определение широт в полярных странах. Для изучения асимметричных сил желательно получить возможно большее число измерений (p) по всей поверхности Земли. Помимо закономерного изменения сил (p) с широтой, можно ожидать и некоторых долготных изменений, которые позволят установить существование в Земле глубинных неоднородностей.

Отклонение маятника и коромысла весов при вибрациях наглядно показывают справедливость вывода 9 предыдущей главы о возможности изменения момента вращения системы силами хода времени. Одна из сил, составляющих пару, приложена к вибрирующему грузу, другая же сила, как показывает опыт, приложена к источнику вибраций. Иными словами, дополнительные силы являются внутренними по отношению к системе вибратор–груз. Действительно, подвешивая на весы любым образом всю систему вибратор–груз, можно убедиться, что в этом случае, при различном характере вибраций, никакого изменения показаний весов не происходит.

Сейчас мы не будем искать теоретического объяснения наблюдаемых эффектов. Дело в том, что опыты с гироскопами, которые будут изложены в следующей главе, показывают аналогичные эффекты с новыми особенностями. Поэтому целесообразно провести теоретический анализ после описания всех опытов, учитывая совокупность результатов.

Независимо от теоретического объяснения, опыты с вибрациями грузов показывают, что при некоторых обстоятельствах на движущиеся, но связанные с Землёй массы, действуют асимметричные силы, в два или несколько раз больше сил, действующих на покоящиеся массы Земли. Поэтому для масс, находящихся в движении, поверхность Земли не будет уровенной поверхностью и должно наблюдаться в умеренных широтах обоих полушарий преимущественное перемещение этих масс к северу. В атмосфере планеты следует ожидать существования особой циркуляции — перемещения воздушных масс тропосферы к северу, с противотоком к югу в верхних слоях. Такая циркуляция приведёт к различию климатов обоих полушарий планет, причём северное полушарие станет теплее южного.

Указанное различие климатов обох полушаний планет действительно существует. На Земле средняя годовая температура южного полушария на 3° меньше температуры северного полушария. В результате температурный экватор оказывается смещённым на 10° к северу по отношению к географическому. Такое большое различие климатов едва ли можно объяснить эксцентриситетом земной орбиты. Для Марса, как и для Земли, южное полушарие холоднее северного. Об этом свидетельствует значительно большее развитие полярной шапки Марса в сравнении с северной. Для Марса этот эффект в значительной степени может получаться из-за большого эксцентриситета орбиты Марса: зима южного полушария приходится на афелий и должна быть значительно холоднее и продолжительней, чем в северном полушарии. Однако весьма знаменательно, что и для Венеры при круговой орбите наблюдается тот же эффект усиления светлых пятен вблизи южного полюса по сравнению с северным. Следует замететь, что в настоящее время не существует точных данных о направлении вращения Венеры. Скорее всего Венера вращается в обычную сторону, как и другие планеты. Подтверждением этого может служить одно косвенное обстоятельство. Из наблюдений автора над свечением ночного неба Венеры можно заключить, что это свечение несколько больше при утренних элонгациях, чем при вечерних. Естественно считать, что свечение неба должно быть сильнее на вечерней стороне Венеры, которая будет наблюдаться при утренних элонгациях в случае прямого вращения. По-видимому, и для Солнца имеется такая же асимметрия температур полушарий. Произведённые Минназртом спектрофотометрические измерения температур поверхности солнца [11] показали, что южный полюс Солнца на 4° холоднее северного. Климатическое различие полушарий Солнца подчёркивается ещё и тем, что в южном полушарии пятна появляются несколько чаще, чем в северном. Для планет атмосферная циркуляция к северу переносит больше тепла в северное полушарие, в основном, из-за перемещения нагретых в тропиках масс воздуха. На Солнце тот же эффект получится из-за возможного смещения к северу токов, выносящих в области конвективной неустойчивости больше тепла. Геометрическая асимметрия фигуры Солнца никогда не измерялась. При линейной скорости вращения Солнца на экваторе u=2 км/сек следует ожидать асимметриию в угловой мере около 1’’. Поэтому, несмотря на технические трудности, такие измерения могли бы дать определённый результат.

Одновременно с силами, сдвигающими воздушные массы к северу, должны существовать противоположно направленные силы, приложенные к поверхности Земли. Эти силы могут вызвать смещения к югу поверхностных вод океанов. Из-за сложности и изменчивости течений верхних слоёв воды преимущественность движений к югу едва ли можно заметить. Но неизбежное движение к северу глубинного противотока можно обнаружить по проникновению к северу южных полярных вод. Такое передвижение глубинных вод, видимо, действительно существует в Атлантическом и в Тихом океанах.

Изложенное в этой главе показывает, что многие и разнообразные явления на Земле вызываются асимметричными силами хода времени. Поэтому экспериментальное и теоретическое развитие причинной механики должно представлять большой интерес для наук, изучающих Землю.


Глава V


Лабораторное наблюдение явлений причинной механики


В третьей главе были упомянуты опыты, из которых можно заключить, что закон сохранения импульса выполняется и в причинной механике. Эти опыты являются основными, поэтому их следует подробно описать, несмотря на то, что в них не обнаруживаются новые эффекты, подтверждающие причинную механику.

Первый основной опыт: взвешивание волчка на рычажных весах. Первые взвешивания были выполнены нами в лаборатории мер массы Всесоюзного Института Метрологии в 1951 г. Взвешивались волчки различных типов: 1) со свинцовым ротором диаметром D=4,6 см и весом Q от 70 до 90 г, 2) с латунным ротором: D=4,6 см, Q=72 г; D=7,2 см, Q=180 г; D=4,6 см, Q=284 г. Волчки приводились во вращение рукой, с помощью нити, намотанной на ось. Для лёгких волчков получались скорости вращения около 200–300 оборотов в секунду и около 100–150 об/сек для тяжёлых. Вращение по инерции продолжалось от 15 до 40 минут, в зависимости от качества изготовления волчка. Приведённый во вращение волчок помещался в лёгкую герметически закрытую коробку. Таким путём совершенно исключалось влияние воздушных токов на взвешивание. Точность взвешивания удалось довести до 0,1–0,2 мг. Эти опыты показали, что сила, действующая на весы, при скоростях 30–40 м/сек, не меняется при вращении с точностью до одной миллионной.

Основной недостаток взвешивания тел, вращающихся по инерции, заключается в неизбежном скручивании подвесов и коромысла весов. Действительно, останавливающийся волчок, в силу закона сохранения момента вращения, должен передать свой момент Земле через стойку весов. Для полного устранения скручивания весов необходимо скорость волчка держать неизменной. Поэтому в дальнейших опытах взвешивался гироскоп, взятый из авиационного гирокомпаса (Q=250 г, D=4 см), скорость которого поддерживалась переменным трёхфазным током с частотой 500–600 гц. С этой же частотой происходило вращение ротора гироскопа. Несмотря на значительную силу тока (около полампера), оказалось возможным подводить ток к подвешенному на весах гироскопу с помощью трёх очень тонких проводов, предварительно отожжённых для уменьшения их упругости. Потеря чувствительности весов из-за этих проволок оказалась незначительной. Цена деления весов без проволок была 8 мг, с проволоками – 10 мг. Таким образом при линейных скоростях вращения около 70 м/сек, взвешивание удалось выполнить с точностью до одного миллиграмма. Никаких изменений показаний весов не было обнаружено и при этих опытах.

Второй основной опыт: взвешивание подвижного волчка. В этих опытах волчок, по-прежнему, помещался в лёгкой закрытой герметической коробке. Коробка подвешивалась к железной пластинке, которую притягивали электромагниты, скреплённые с некоторым массивным телом. Вся эта система подвешивалась на весах с помощью эластичного, пружинного подвеса. Ток к электромагнитам подводился способом, описанным в предыдущем опыте. Система прерывания тока установлена отдельно от весов. При разрыве цепи волчок падал под действием тяжести до ограничителя, скреплённого с электромагнитами. Амплитуда этих падений и последующих подъёмов могла достигать 2 мм. Взвешивание производилось при разных направлениях вращения волчка, при разных амплитудах и при частоте колебаний от нескольких единиц до сотен герц. Кроме того, опыты были произведены при разных значениях неподвижной массы, входившей в подвешенную систему. Для вращающегося волчка, как и для неподвижного, показания весов при бросаниях и подъёмах волчка оказались неизменными. Можно считать, что эти опыты достаточно точно обосновывают наше теоретическое заключение о сохранении импульса в причинной механике.

При выполнении описанных опытов оказалось, что в случае вибрации весов иногда наблюдаются эффекты, которые несомненно связаны с ролью направления вращения в механике. Подвешенный на жёстком подвесе волчок мог передавать свои вибрации коромыслу весов. При некоторой регулировке волчка в подшипниках, то есть при некотором характере вибраций коромысла, наблюдалось уменьшение показаний весов (действия волчка на весы) только при вращении волчка против часовой стрелки, если смотреть по направлению силы тяжести. При вращении по часовой стрелке в тех же условиях изменений показаний весов почти не наблюдалось. Условия, при которых появлялись эти эффекты, не удавалось воспроизводить по желанию. Необходимый для этого режим устанавливался случайными обстоятельствами. Этот режим колебаний сопровождался характерным звуком. При этих условиях опыты могли быть повторены много раз и давали одинаковые результаты. Затем ничтожные обстоятельства нарушали необходимый режим, и весы, в соответствии с первым основным опытом, переставали менять показания. Опыты производились с волчками в упорных подшипниках, вращавшимися по инерции. Эти волчки и их взвешивание описаны в начале настоящей главы. При вращении против часовой стрелки волчка
1   2   3   4



Похожие:

Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconН. А. Козырев «Причинная или несимметричная механика в линейном приближении»
Поэтому может оказаться невозможным успокоение системы, то есть исчезновение кинетических энергий её отдельных частей. В результате...
Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconДокументы
1. /механика/Введение.doc
2. /механика/Волновой...

Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconУчебник: Мякишев Г. Я. Физика. Учебно-тематический план
Физика и познание мира. Что такое механика. Классическая механика Ньютона и границы ее применимости
Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconН. Н. Сотский М.: Просвещение 2002 Физика 10 3 часа в неделю 102 часа в год № урок
Введение. Что такое механика. Классическая механика Ньютона и границы ее применимости
Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconФизика начала развиваться еще до н э
К основным разделам теоретической физики относятся: механика, электродинамика, оптика, термодинамика, статистическая физика, теория...
Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconСапоги (В. Шарапов, Р,Козырев А. Твардовский)

Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconS m s от 27. 08. 2007
В новосибирске предстоит крупнейшая причинная авария, с гибелью большого количества людей, за отказ в работе. Движемся дальше
Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconДокументы
1. /Козырев.rtf
Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconДокументы
1. /Козырев Ю.Г. Промышленные роботы (справочник)1988.djvu
Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconДокументы
1. /Механика/Ris-1.doc
2. /Механика/Ris-2.doc
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов