
- •Введение
- •Человеческой культуры
- •1. 1. Иерархия уровней культуры
- •1. 2. Иерархия естественных наук
- •1. 3. Уровни и формы научного познания
- •1. 4. Универсальный принцип естествознания — принцип дополнительности Бора
- •2. Основные этапы развития естествознания
- •2.1 Античная натурфилософия
- •2.2 Средние века и эпоха возрождения
- •2.3. Новое время
- •3. Особенности механики Ньютона
- •3.1 Ньютон и естествознание в его время
- •3.2 Механика Ньютона
- •3.3 Силы в природе
- •3.4 Законы сохранения
- •3.5 Механическая картина мира
- •4. Классическая физика
- •4.1 Учение о теплоте и электричестве
- •5. Неклассическая физика.
- •5.1 Атомизм, периодический закон.
- •5.2 Биологическая эволюция
- •6. Термодинамика
- •6.1 Микроскопические и макроскопические переменные
- •6.2 Калорические параметры состояния и функции процесса
- •6.3 Уравнение состояния
- •6.4 Основы молекулярно – кинетической теории
- •6.5 Теплоемкость
- •6.6 Второе начало термодинамики
- •6.7 Третье начало термодинамики
- •7. Физика полей
- •7.1. Определение понятия поля
- •7.2 Законы Фарадея — Максвелла для электромагнетизма
- •7.3 Электромагнитное поле
- •7.4 Гравитационное поле
- •7.5 Электромагнитная картина мира
- •8 Теория относительности Эйнштейна
- •8.1 Постулаты Эйнштейна в сто
- •8.2 Принцип относительности Галилея
- •8.3 Преобразования Лоренца
- •8.4 Постулаты ото
- •8.5 Основные итоги основ теории относительности
- •9. Колебания и волны
- •9.1 Корпускулярная и континуальная концепции описания природы
- •9.2 Колебания
- •9.3 Волновые процессы
- •9.4 Корпускулярно волновой дуализм излучения частиц
- •9.5 Принцип неопределенности Гейзенберга
- •9.6 Виртуальные частицы и состояния
7.4 Гравитационное поле
В рамках представлений о поле можно говорить о гравитационном поле, где сила гравитации меняется непрерывно, или о других полях (например, информационное, поле рыночной экономики, смысловые поля художественных произведений и т.д.), где проявляются пока неизвестные нам силы или субстанции. Применив свои законы динамики к небесной механике, Ньютон установил закон всемирного тяготения
согласно
которому сила, действующая между двумя
массами
и
,
обратно
пропорциональна квадрату расстояния
между
ними; здесь
— гравитационная
постоянная. Введем по аналогии с
электромагнитным полем вектор
напряженности поля тяготения. Тогда
закон всемирного тяготения можно понять
так: масса
создает в пространстве некоторые
условия, на которые реагирует масса
и в результате испытывает направленную
к
силу
.
Это
и есть гравитационное поле, источником
которого является масса
.
Чтобы
не записывать каждый раз силу, зависящую
от
,
разделим
обе части уравнения, выражающего закон
всемирного тяготения, на
,
считая
ее за массу пробного тела, т.е. тела, на
которое действует другое тело (при этом
считается, что масса пробного тела не
вносит возмущений в гравитационное
поле). Тогда можем записать
.
Теперь
правая часть полученного уравнения
зависит только от расстояния между
массами
и
,
но
не зависит от массы
и
определяет гравитационное поле в любой
точке пространства, отстоящей от
источника гравитации
на расстояние
безотносительно
к тому, имеется ли там масса
или нет. Поэтому перепишем это уравнение
так, чтобы определяющее значение имела
масса источника гравитационного поля,
обозначив левую часть через
.
Вектор
называетсявектором
напряженности гравитационного поля,
он
дает полное описание этого поля,
создаваемого массой
в
любой точке пространства. Так как
величина
определяет
силу, действующую на единицу массы, то
по своему физическому смыслу и размерности
она является ускорением. Поэтому сила
в уравнении классической динамики
аналогична силе, действующей в
гравитационном поле:
.
К
гравитационному полю можно также
применить понятие силовых линий, где
по их густоте (плотности) судят о величинах
действующих сил. Силовые гравитационные
линии сферической массы есть прямые,
направленные к центру сферы массой
как
источника гравитации, и эта сила
уменьшается с удалением от
обратно
пропорционально квадрату расстояния
.
Таким
образом, в отличие от силовых линий
электрического поля, начинающихся на
положительном и заканчивающихся на
отрицательном заряде, в гравитационном
поле нет определенных точек, где бы они
начинались, и вместе с тем они простираются
до бесконечности.
Несмотря на то что основные законы электродинамики и гравитации, а также методология введения и использования описывающих их параметров похожи, объяснить их сущность на основе общей природы до сих пор не удалось. Хотя начиная от А. Эйнштейна и до последнего времени такие попытки постоянно предпринимаются для того, чтобы создать единую теорию поля. Естественно, что единое представление полей упростило бы наше понимание физического мира и позволило бы описывать их единообразно.
Гравитационные
и электрические поля действуют независимо
и могут сосуществовать в любой точке
пространства одновременно, не влияя
друг на друга. Суммарная сила, действующая
на частицу с зарядом q
и
массой т,
выражается
векторной суммой
и
,
но суммировать векторы
и
нельзя,
поскольку они имеют разную размерность.
Введение в классической электродинамике
понятия электромагнитного поля с
передачей взаимодействия и энергии
путем распространения волн в пространстве,
лишенное материальных носителей,
позволило отойти от механистического
представления эфира. В старом представлении
понятие эфира как некоей среды, объясняющей
передачу контактного действия сил, было
опровергнуто экспериментально опытами
американского физика А.
Майкельсона (1852—1931)
по
измерению скорости света и главным
образом — теорией относительности А.
Эйнштейна. С помощью понятия поля
оказалось возможным описывать физические
взаимодействия, для чего, собственно,
и были сформулированы общие для разных
видов полей характеристики, которые мы
здесь рассматривали. В настоящее время
идея эфира возрождается некоторыми
учеными на базе понятия физического
вакуума.