Крутильные весы козырева своими руками
Обновлено: 07.07.2024
Астроном и астрофизик Н. Козырев – непризнанный гений Российской науки. Он провел множество парадоксальных и интереснейших экспериментов. Основная цель его работы – это познание свойств времени. Он будучи в сталинских лагерях пришел к заключению, что в звездах происходит очень быстрое выгорание топлива в течение сотен миллионов лет, ещё столько же времени нужно чтобы она охладилось. Если это так, то откуда звезда берет энергию? По его мнению все тела перехватывают тепло времени, но эффект заметен на больших массах (объемах). По его мнению, даже такие маленькие и остывшие планеты, как Луна получают эту энергию. Если так, то на Луне должно быть проявление вулканизма, доказывающее, что недра этой планеты горячие. Официальная точка зрения – Луна полностью остыла. По спектральным линиям выбросов вещества из кратера он показал, что вулканизм на Луне есть.
Из математических формул выходило, что время является источником этой тепловой энергии. Ведь в причинно-следственной связке между энергией и временем отношения симметричные. Энергию выражают через время, но можно время выразить через энергию. Один его эксперимент до сих пор лихорадит академию наук.
В фокусе окуляра располагали тест-объект. Наиболее простой – растворение сахара в стакане воды, микроорганизмы, или крутильные весы Козырева. Крутильные весы представляли собой коромысло с неравными плечами, которые уравновешивалось гирьками. Если открыть банку с эфиром, то плечи весов повернутся к банке длинной стороной. На заведающие цветы реакция отмечается противоположная.
Река от истока до устья имеет время добегания. Если считать от главной реки (0-порядок), то устья до первого разветвления – 1 порядок, до второго разветвления – 2 порядок, плюс ещё разветвления и последний n-порядок. После выпадения осадков сначала активируется n-порядок, и постепенно происходит добегание до устья большой реки. Надо понимать, что река имеет инерцию, как природное явление: дожди прошли, а воды в устье нет. Время движения зависит от свойства грунтов местности и уклонов поверхности. Время кванта осадков измеряется в часах, время волны реки n-порядка – тоже в часах. Время кванта при впадении в реку 0-пордка может растянуться в несколько дней и даже недель, что собственно предопределяет длительность паводка.
Скажу по секрету от АН РАН (просьба на этой строчке сотрудникам АН РАН отвернуться) мы все живем в квантовом мире, только кванты могут быть очень большими. Следовательно, мы сталкиваемся с кантовыми эффектами в повседневности постоянно. Удивительно то, что это волшебство кажется нам очевидным.
| Объяснение результатов опытов Козырева. (Прочитано 49317 раз) |
 « Главная ‹ Раздел Наверх этой страницы |
Агентство научно-технической информации Научно-техническая библиотека SciTecLibrary. Свид. ФС77-20137 от 23.11.2004.
Одна из важных задач современной экспериментальной физики — это аккуратное измерение фундаментальных констант. Физиков интересует, во-первых, численное значение этих величин, поскольку они входят в огромное количество физических формул и, значит, определяют наше понимание разных эффектов. А во-вторых, очень полезно проверять, действительно ли они остаются постоянными во всех мыслимых условиях или же могут как-то меняться.
В большинстве этих экспериментов используются установки, очень напоминающие крутильные весы — тот самый прибор, с помощью которого Кавендиш выполнил свои измерения (рис. 1). В них легкое коромысло с двумя грузами на краях подвешено на нити за середину, а сбоку к грузам подносят два массивных тела. Тела притягиваются друг к другу за счет гравитации, и из-за этого крутильные весы чуть-чуть поворачиваются. Измеряя угол поворота и зная массы тел, все расстояния и упругие свойства нити, можно вычислить гравитационную постоянную. (Существует и другой вариант этого эксперимента: крутильные весы свободно вращаются туда-сюда, а наличие гравитирующих тел влияет на период вращения, но мы не будем на нём останавливаться.)
Рис. 2. Крутильные весы на двух нитях; вид сбоку (слева) и вид сверху (справа). Крестики показывают точки крепления нитей
В этой задаче предлагается рассчитать простой вариант крутильных весов, подвешенных не на одной, а на двух нитях (рис. 2). Эта задача познакомит с некоторыми особенностями механики крутильных весов, которые играют роль в современных экспериментах.
Задача
Вычислите, на какой угол повернется гантелька в горизонтальной плоскости за счет гравитационного притяжения между грузами. Оцените угол поворота для типичных значений параметров: L = l = 1м, d = 2мм, M = 1 кг, R = 10 см.
Подсказка
Гравитационное взаимодействие между грузами вычислить легко; сложнее сосчитать возвращающую силу, которая противодействует гравитационному притяжению. Здесь можно воспользоваться двумя методами расчета, в соответствии с тем, который кажется вам удобнее.
Первый использует непосредственно моменты сил. Выясните, что произойдет с нитями при повороте гантельки на маленький угол α, какие возникнут горизонтальные силы в местах крепления нитей к стержню и какой момент сил они создадут, и затем выясните, когда он сбалансирует момент сил притяжения.
Второй метод — энергетический. Докажите, что при повороте на некоторый угол гантелька вдобавок приподнимается в поле тяжести. Найдите потенциальную энергию этого подъема, а также потенциальную энергию притяжения грузов друг к другу. Поскольку смещение грузов за счет поворота будет много меньше R, эту потенциальную энергию можно вычислять по той же простой формуле, по которой вычисляется потенциальная энергия тела в поле Земли: она линейно растет с удалением от тела. После всего этого выясните, какой угол поворота обеспечивает минимум суммарной потенциальной энергии.
Решение
Рис. 3. Поворот гантельки на нерастяжимых нитях за счет гравитационного притяжения к неподвижным грузам; вид сверху (слева) и вид с другого боку (справа). Величина углов отклонения на этих рисунках сильно преувеличена. На рисунке справа дальние грузик и нить показаны пунктиром
Решение через моменты сил. Сила гравитационного притяжения в каждой паре грузов равна . Поскольку R много меньше L, взаимодействием тел с дальними грузами можно пренебречь. Для того чтобы найти возвращающую силу подвеса, сравним исходное и новое положение гантельки (рис. 3). Вид сверху (рис. 3, слева) показывает, что при повороте на угол α точки крепления нитей к стержню сместились в горизонтальной плоскости на расстояние Δx = αd/2 (это едва видимое на рисунке смещение крестиков, которые показывают точки крепления нитей). Поскольку верхние концы нитей зафиксированы, выходит, что каждая нить отклонилась от вертикали на угол .
Подчеркнем, что все углы здесь выражаются через радианную меру; именно в этих единицах для малых углов справедливо приближение, что синус или тангенс угла примерно равен самому углу.
Через каждую нить передается сила, равная силе тяжести одного груза, mg. А поскольку нить наклонилась, то у этой силы появляется компонента в горизонтальной плоскости: .
Итак, оба типа сил найдены, осталось домножить их на плечо действия этих сил и приравнять моменты сил (условие равновесия относительно вращения): .
Подставляя все выражения, находим равновесный угол поворота .
Заметим, что масса грузов, установленных на гантельке, сократилась. Первый множитель здесь — это очень маленькая величина, показывающая отношение сил гравитационного притяжения со стороны груза и со стороны Земли. Второй множитель, наоборот, большой, это чисто геометрический эффект, который и делает поворот гантельки заметным.
Решение через потенциальные энергии. Взглянем на рис. 3, справа, где смещение гантельки показано с другого бока; луч зрения здесь идет вдоль первоначального направления стержня. Из-за того что нити нерастяжимы, их длина остается неизменной. Поэтому точки крепления нити к стержню смещаются не строго горизонтально, а идут по дуге, и значит, они чуть-чуть приподнимаются. Если длина нити равна l, то этот подъем вычисляется так же, как и для обычного математического маятника: .
Изменение потенциальной энергии гантельки за счет подъема в поле земного притяжения равно .
С другой стороны, поворот гантельки сближает каждую пару грузов на расстояние ΔR = αL/2 и, как следствие, изменяет потенциальную энергию гравитационного притяжения в каждой паре на величину –F0ΔR. Значит, потенциальная энергия взаимодействия всей гантельки с неподвижными грузами равна ΔE0 = –F0αL.
Последнее слагаемое здесь — это просто константа, она от угла поворота не зависит. Поэтому минимум потенциальной энергии достигается, когда выражение в скобках зануляется. Это и дает искомый ответ, который совпадает с полученным ранее.
Если подставить числа, то угол поворота получится примерно 0,33 миллирадиана, или же примерно одна угловая минута; концы метрового стержня сдвинутся при таком повороте всего на 1/6 миллиметра. Если же мы хотим измерить гравитационную постоянную с относительной погрешностью 10 –4 , то нам придется не просто зарегистрировать этот поворот, а измерить его как минимум с такой же точностью, то есть на уровне одной сотой доли угловой секунды!
Послесловие
Обратите снова внимание на полученный нами ответ. Зависимость от расстояния между двумя нитями появляется в формуле в знаменателе и к тому же в квадрате. Поэтому возникает естественное желание увеличить угол отклонения с помощью уменьшения d. Более того, можно вообще взять одну достаточно тонкую нить, которая еще держит килограммовую массу, и подвесить на нее гантельку ровно за центр тяжести. Собственно, именно так и ставились первые экспериментф с крутильными весами, — да и большинство нынешних.
Однако как только мы переходим от двух нитей к одной, сразу меняется механика возвращающей силы. В нашей задаче мы могли считать нити нерастяжимыми, поскольку возвращающий момент сил возникал чисто геометрически, за счет ненулевого плеча сил. В случае одной нити так делать уже нельзя, это уже будет нефизичное приближение. Здесь возвращающая сила возникает как раз за счет скручивания, деформации этой нити. Это значит, что возвращающий момент сил определяется механическими свойствами материала, из которого нить сделана. И вот эта чувствительность к механике материалов уже является источником беспокойства среди экспериментаторов, которые занимаются гравиметрией с крутильными весами.
Во-первых, эти свойства трудно точно измерить, ведь упругость материалов вовсе не ограничивается простым законом Гука. Во-вторых, эти упругие свойства материалов могут меняться с течением времени или зависеть от внешних условий, особенно, если нить очень тонкая или если крутильный маятник колеблется с большой амплитудой. Правда, тут есть одна маленькая хитрость: не вычислять возвращающую силу из свойств материала, а измерить период свободных колебаний такого крутильного маятника, и выразить возвращающую силу через него, но увы, механика деформируемого материала вмешивается и тут.
В экспериментах французской группы все эти тонкости не играют существенной роли. Дело в том, что вместо нити там использовалась тонкая и узкая металлическая лента (длина 16 см, ширина 2,5 мм, толщина 30 микрон); две нити нашей задачи — это упрощенная модель такой ленты. Лента создает возвращающую силу преимущественно за счет геометрических эффектов, а вовсе не за счет деформации материала. По оценке авторов работы, вклад деформации в возникающую силу составляет всего 4%. Это значит, что наша модель с двумя нерастяжимыми нитями является довольно хорошим приближением для этой ленты. А с точки зрения эксперимента, даже если упругие или пластические свойства материала известны не слишком хорошо, эта погрешность не будет играть существенной роли в точности измерений. Слабая зависимость результата от этих свойства материала — один из плюсов этих экспериментов.
Штрафной переход, или почти кошмарная история
…Дети, пока дети, до семи лет, например, страшно отстоят от людей совсем будто другое существо и с другою природой… (Ф.М.Достоевский. Братья Карамазовы. 1880г.)
Как без учителя читать карту и компас жизненного пути
У КАЖДОГО СВОЙ ГЛОБУС?
У страха глаза велики
ИЗ РУССКОЙ НАРОДНОЙ СКАЗКИ:
Жили-были бабушка-старушка, внучка-хохотушка, курочка-клохтушка и мышка-норушка.
Каждый день ходили они за водой. У бабушки были ведра большие, у внучки - поменьше, у курочки - с огурчик, у мышки - с наперсточек.
Бабушка брала воду из колодца, внучка - из колоды, курочка - из лужицы, а мышка - из следа от поросячьего копытца…
Вот раз наши водоносы пошли за водой. Воды набрали, идут домой через огород.
А в огороде яблонька росла, и на ней яблоки висели. А под яблонькой зайка сидел. Налетел на яблоньку ветерок, яблоньку качнул, яблочко хлоп - и зайке в лоб!
Прыгнул зайка, да прямо нашим водоносам под ноги.
Испугались они, ведра побросали и домой побежали.
"Искусственный интеллект" или "имитация интеллекта"?
(О схемах обмана планетарного масштаба)
На следующий день после войны
Предваряя этот материал, подготовленный в День памяти и скорби – 22 июня, в день печальной даты начала Великой Отечественной войны 80 лет назад, приведем из него такую цитату:
НА СЛЕДУЮЩИЙ ДЕНЬ ПОСЛЕ ВОЙНЫ
Посвящается Дню памяти и скорби – 22 июня.
На следующий день после войны. Вот напишешь эти слова и задумаешься. Глубоко задумаешься, насколько научен и способен мыслить. Ситуация на самом деле не простая, а очень и очень сложная. С одной стороны, так хочется, чтобы это было правдой, чтобы не было войны! С другой же стороны, а закончилась ли война и о какой войне идет речь в каждом конкретном случае?
Предупреждены сто лет назад
ПРЕДУПРЕЖДЕНЫ СТО ЛЕТ НАЗАД
Цивилизация на грани безумной фантастики
Ко Дню памяти о Великой Отечественной войне - 22 июня
Во имя Жизни!
Какой он, "дивный новый мир"?
Если умный попал к глупцам, то там он не станет правителем.
О фашизме и человеческом выборе
Читайте также: