Основные принципы расположения небесных тел в Евклидовом пространстве. Основные принципы силового взаимодействия небесных тел.

СилойFназывается мера механического взаимодействия материальных тел.

Сила - векторная величина и ее действие на тело определяется:

- модулем или численным значением силы

- направлением силы

- точкой приложения силы

Модуль силы является скаляром, из чего: Сила есть всегда положительная величина.
Не существует «отрицательной силы притяжения» или «отрицательной силы отталкивания». Есть только положительные силы. В природе, а значит и в физике, имеет место быть только:
1. Сила притяжения – всегда положительная величина, значение от нуля, до плюс бесконечности [ 0;+∞)
2. Сила отталкивания – всегда положительная величина, значение от нуля до плюс бесконечности [ 0;+∞) .

Силовые взаимодействия небесных тел в рамках Евклидового пространства регламентируются основным законом Небесной Механики - Законом Всемирного Тяготения. ,из которого следует: неограниченная пространственная продолжительность гравитационного взаимодействия, напрямую вытекающая из зависимости . Из чего: значение силы с удалением уменьшается до сколь угодно малых величин, но при этом не может быть равным нулю.

Взаимодействие и перемещение тел в реальном трехмерном пространстве регламентируется:

Третьим Законом Ньютона. Из которого следует, что перемещение отдельно взятого тела в рамках Небесной Механики приводит к взаимному(пусть незначительному но) перемещению всех без исключения небесных тел.

Согласно Третьему Закону Ньютона падение даже незначительной массы в сторону Солнца, хоть и в самом малом количественном выражении, но вызывает встречное перемещение Солнца. В равной степени это относится ко всем без исключения небесным телам.

Силовые взаимодействия небесных тел в рамках реального трёхмерного пространства также регламентируются взаимным силовым равновесием.

Согласно данного условия,вселенское взаимодействие, построенное на силах притяжения имеет строгий порядок, обусловленный взаимным орбитальным движением, позволяющий телам удерживать свое расположение в пространстве и избегать комплексного разрушения системы, вследствие закономерной для сил притяжения динамики образования макротела.

Наглядно эти принципы взаимодействия можно отследить на модели газа (близком силовом аналоге).

Как известно, молекулы газа находятся в силовом взаимодействии, в силу чего при ряде условий занимают друг относительно друга равноудаленное расположение в пространстве. Кроме силового взаимодействия, молекулы ни чем не «скованы» в своем перемещении в обозначенном пространстве и при стечении различных факторов, часть из них может выстраиваться, например, в одну линию.

Рис. .№6. Рис. .№7. Рис. .№8

Но ни при каких обстоятельствах в линию не могут выстроиться все молекулы газа. И это обусловлено не только ничтожной вероятностью такого расположения, но и обусловлено силовой невозможностью такого распределения. Поскольку силы взаимодействия между самими молекулами препятствуют такому расположению.

Если всё же

предположить, что молекулы газа, размещенные в замкнутом пространстве (резервуаре) могли бы «выстроиться в одну линию, то в таком случае отмечалась бы разница давления газа на стенки резервуара. Давление по линии распределения молекул было бы больше чем в других направлениях.Такая частная ситуация на практике невозможна. И молекулы газа всегда занимают положение соответствующее комплексному силовому равновесию.

Если рассматривать теоретическую модель газа, при которой, силами взаимодействия являютсяне силы взаимного отталкивания, а силы притяжения (в чистом виде), то вполне очевидна силовая динамика, при которой взаимное притяжение молекул приводит к лавинообразному процессу образования единого скопления (все молекулы устремляются в общий центр).

При таких условиях, невозможно предполагать какого либо, равномерного распределения молекул по объему.

Данная динамика наглядно отслеживается в примере с магнитной крошкой. При расположении магнитной крошки на плоскости, кусочки магнита, преодолевая силы трения, устремляются в единый центр (лавинообразный процесс на практике).

Следует так же отметить, что гипотетически существует некая теоретическая возможность, при которой при целом ряде дополнительных условий, таких как: организованное планетарное движение(притягивающихся) молекул относительно друг друга, отсутствие критических столкновений и прочих факторов способных вывести систему из равновесия модель газа на силах притяжения могла бы быть «жизнеспособной».

И хоть данная вероятность- ничтожна , предположим, что все необходимые условия все же можно соблюсти и рассмотрим модель подробнее.

При каких условиях возможно существование данной модели?

При условии если взаимное расположение связанных взаимодействием объектов (молекул) не будет приводить к образованию лавинообразного процесса. То есть все связанные взаимодействием объекты (молекулы) относительно друг друга в каждый момент времени должны находиться на расстояниях соответствующих балансу сил и двигаться по очень строгим траекториям (подобно как это происходит в модели на силах отталкивания, где местоположение выравнивается за счет сил самой системы). И любое даже минимальное отклонение от баланса сил выведет систему, построенную на притяжении из равновесия , и запустит лавинообразный процесс.

Назовем подобное отклонение критическим для силового баланса.

Взаимоположение тел небесной Механики в силовом смысле является близким аналогом силового взаимодействия в рамках идеальной модели газа.

Вся небесная Механика изначально базируется на предположении, что подобное взаимно уравновешенное силовое взаимодействие небесных тел на силах притяжения возможно и имеет место быть в природе.

И если предполагать, что таковое силовое равновесие на силах притяжения действительно имеет место в природе, то к взаимному расположению тел в пространстве предъявляются довольно строгие требование.

Силовое взаимодействие всех без исключения небесных тел должно протекать в рамках строгого равновесия. При полном недопущении отклонений критических для силового баланса,иначе запускается лавинообразный процесс (подобно как в модели газа построенной на притяжении).

Рассмотрим силовые взаимодействия в рамках Классической Механики.

Силовые взаимодействия в рамках Классической Механики

определяется наличием сил Тяготения и Центробежных сил (Инерции).

( На данном этапе имеет смысл отметить, что некоторые физики пытаются игнорировать/отрицать наличие сил инерции. Подобный подход не является физически состоятельным. Подробное описание данной проблематики приводится в приложении ).

Тело (объект) движется поступательно и равномерно только в одном случае: когда все силы, приложенные к телу, взаимно уравновешены. Так же необходимо помнить, что всякое действие рождает противодействие. В физическом смысле это означает: что если ядро падает на Землю, то и Земля в этот момент падает на ядро. (И не смотря на то, что результат смещения Земли незначителен, сам факт такого смещения имеет место и с физической точки зрения данное явление полностью оправдано).

Поэтому, никакие представления, что в небесной Механике движение отдельно взятого тела якобы независимо и произвольно (от других тел) - не могут быть сколько-либо физически состоятельными.

Перемещение любого даже чрезвычайно малого тела сказывается на расположении тел, участвующих с ним в силовом взаимодействии. А поскольку в силовое взаимодействие взаимно вовлечены все тела небесной Механики, то соответственно и любое перемещение отдельно взятого тела сказывается на взаимном расположении всех остальных тел.

Поскольку в визуальном плане силовую динамику взаимного распределения тел в пространстве, заполненном телами различных размеров, довольно трудно себе представить - воспользуемся для наглядности упрощенной схемой.

Заполним некий заданный объем телами равными по массе и размеру (равноудаленное расположение).

Если мы введем в схему расчетное тело большей массы, то взаимное расположение остальных тел изменится. Вокруг более массивного тела образуется разряженная область, в физическом плане, обеспеченная динамикой выравнивания приложенных к телу сил.

Данная динамика сходится с наблюдениями: чем более массивным является скопление небесных объектов, тем значительнее объем разряженной области, содержащей это скопление объектов. Пример: галактики и окружающие их пространства.

В свою очередь, любое расчётное тело в силовом плане может быть представлено как некая область, заполненная равноудаленными телами равными по массе и размеру.

Планетарное равновесие:

Устойчивость орбиты и равновесие тела на орбите изначально два принципиально разных понятия.

Устойчивость орбиты есть энергетическая характеристика траектории, в принципе не зависящая от фактической направленности приложенных к телу сил ( рис. №14, №15).

Рис№14 Рис№15 №16

В свою очередь, равновесие тела на орбите естьравенство реальных сил,приложенных к телу, находящемуся в отдельно взятой точке орбиты.

На данном этапе имеет смысл отметить, что не все выпускники физических ВУЗов способны различать понятия «Устойчивость орбиты»и « Равновесие тела» на орбите. (Подробное описание данной проблематики приводится в приложении.)

Рассмотрим равновесиев рамках Классической механики:

Равновесие: состояние покоя тела (материальной точки) по отношению к другим телам (применительно к ЗВТ – центрам масс в СО). Равновесие имеет место, когда все действующие на тело силы взаимно уравновешены.

Устойчивое равновесие: когда после малого отклонения от положения тела (относительно источника воздействия), в системе возникают силы, стремящиеся возвратить тело в состояние равновесия, равновесие не нарушается, тело возвращается в положение равновесия, а отклонение от равновесия не возрастает со временем.

Неустойчивое равновесие: когда после малого отклонения положения тела (относительно источника воздействия), равновесие нарушается, тело не возвращается в положение равновесия, а отклонение от равновесия возрастает со временем.

Планетарное равновесие: состояние относительного* покоя центра масс тела по отношению к центру масс другого тела в системе отсчета связанной с центрами масс обоих тел. Планетарное равновесие имеет место, когда все действующие на тело силы взаимно уравновешены.

Планетарное устойчивое равновесие: когда после малого отклонения от положения тела, равновесие не нарушается, тело возвращается в положение равновесия, а отклонение от равновесия не возрастает со временем (Рис № 20, 21, 22). Примерами устойчивого планетарного равновесия являются тела Небесной Механики.

Рис № 20, 21, 22

Планетарное неустойчивое равновесие: когда после малого отклонения от положения тела равновесие нарушается, тело не возвращается в положение равновесия, а отклонение от равновесия возрастает со временем. (Рис № 23, 24, 25)

(примером неустойчивого планетарного равновесия является движение стального шарика по горизонтальной плоскости, вокруг постоянного магнита)

. Рис № 23, 24, 25

· относительный покой тела: состояние покоя относительно избранной системы отсчета, подразумевает возможное изменение геометрического расстояния между центрами масс обоих тел, связанное с продвижением тела по траектории орбиты.

· Первый тип отклонения тела: когда отклонение тела связано с воздействием внешних сил.

· Второй тип отклонения тела: когда отклонение тела связано с продвижением тела по траектории орбиты (некруговой орбиты).

Применительно к обсуждаемой теме (Небесная Механика) речь идет о планетарном устойчивом равновесии, при котором отклонения тела, не вызывает нарушение состояния планетарного равновесия.

Если планетарная система не соответствует исходным определениям Закона Сохранения Энергии, значит такая планетарная система, физически невозможна.

Масса:

Масса – одно из фундаментальных физических понятий.

Масса может быть представлена как произведение объема тела и егоплотности.

В свою очередь размерной базой любого объема тела (равно как и любого объема в Евклидовом пространстве) является произведение трех линейных величин (заданных ортогонально).

Любой объем может быть представлен как произведения некого численного значения и частного объема , выступающего в качестве размерности.

Частный объем , выступающий в качестве размерности, может быть представлен как

, где произведение двух из линейных величин в свою очередь

представляют собой площадь ,

Из чего сам частный объем , выступающий в качестве размерности, может быть представлен как произведение площади и линейной величины.

- где площадь может рассматриваться как начальная (нулевая) мера объема (то есть как объем нулевого материального слоя),

- где (отрезок длины l) может рассматриваться как высота материального слоя.

Для любого тела даже имеющего сложную геометрию, всегда найдется такое частное сечение, площадь которого , при умножении на сквозное, продольное, линейное сечение тела (высоту материального слоя тела) - даст значение объема тела равное расчетному

(см. рис № 27).

рис №27 рис №28

При этом в качестве при необходимости мы можем использовать площадь стягивающей поверхности в рамках телесного угла (перекрытого расчетным телом), поскольку и для стягивающей поверхности всегда найдется такое частное решение h , при котором мы получим строгое значение объема (см. рис №28) .

Таким образом масса, выраженная через площадь поверхности, стягивающей телесный угол, образованный данным телом, имеет вид:.

Произведение площади стягивающей поверхности и плотности тела применительно к самому телу может быть рассмотрено как начальная (нулевая) мера массы (масса нулевого материального слоя).