Pe urmele lui Newton

De mai mult timp (încă de la facultate) m-am gândit la aceasta, dar nu prea am avut timp să aștern totul pe hârtie.

În general, în fizică la modelarea gravitației corpurile sunt considerate generatoare punctuale a câmpului gravitațional. Adica, când se examinează interacțiunea între Soare și Pământ, fiecare dintre ele este luat ca un punct. Desigur, la scară cosmică, o astfel de presupunere este absolut corectă. În afară de aceasta, este corect ca în calcule să se considere ca direcție a forței gravitaționale centrul unui corp, care tot este un punct.

Însă:

Gravitația este una dintre cele patru forțe de bază din Univers. Ea este generată de orice obiect care are masă, inclusiv de particulele elementare. Altfel vorbind, fiecare atom are propriul câmp gravitațional. Iar gravitația corpurilor „mari”, care sunt compuse din mai multe particule, reprezintă compunerea câmpurilor particulelor elementare care compun corpul respectiv.

În realitate, acolo funcționează principiile generale ale compunerii forțelor. Adică, o particulă simplă (A) interacționează gravițational cu toate particulele ce compun un corp „mare” (B). Astfel, există o mulțime de vectori între A și fiecare dintre particulele corpului B. Forța finală ce acționează asupra lui se poate calcula prin compunerea tuturor acestor vectori.

Ca urmare a compunerii forțelor, forța gravitațională agregată este orientată spre centrul masei corpului B, care, dacă corpu-i omogen, se află cam în același loc cu centrul spațial.

Pentru noi, ca senzație empirică, totul se resimte la fel de simplu - stând pe Pământ, pe noi ne trage în jos. Însă trebuie să înțelegem că noi suntem atrași de fiecare particulă elementară care compune Pământul nostru - sigur, un atom nu face mare treabă, dar toate împreună, compunându-și forțele, creează anume atracția ceea ce ne accelerează cu 9,81 m/s². Vectorul forței, creat din compunerea vectorilor individuali orientați spre fiecare parte componentă a Pământului, este orientat spre centrul Pământului.

Dar situația se schimbă dacă începem să ne adâncim în interiorul unui corp, spre exemplu, în Pământ. Cu cât ne cufundăm mai mult, cu atât mai multă masă va rămâne în spatele nostru. Ca urmare, la compunerea forțelor, vom asista la două fenomene: partea din masa corpului care va fi deasupra noastră va începe să ne tragă în „sus”, diminuând forța ce va acționa în jos, și în același timp, masa care ne trage în jos este tot mai mică.

Respectiv, dacă un obiect se află exact în centrul unui corp, el va fi atras uniform în toate părțile. Ca urmare, în centrul Pământului, spre exemplu, va exista o stare de „imponderabilitate”, ce-i drept, de alt tip decât cea de pe orbită. Dacă acolo starea de imponderabilitate se obține prin căderea liberă permanentă, în centrul Pământului lipsa de greutate se va explica prin atragerea uniformă în toate direcțiile și compensarea vectorilor gravitaționali.

Generalizând, avem următoarele concluzii:

• Forța de atracție a unui corp compus din mai multe particule elementare în realitate se formează în urma compunerii câmpurilor gravitaționale a fiecărei particule în parte;
  
• În afara corpului compus, câmpul lui gravitațional este orientat spre centrul masei corpului;
  
• În interiorul corpului compus, odată cu apropierea de centrul său, vectorul câmpului gravitațional orientat spre centru slăbește, datorită faptului că o parte de vectori se orientează și în direcție opusă centrului;
  
• În centrul corpului compus câmpul gravitațional este orientat uniform în toate direcțiile și se compensează reciproc.

Acest lucru este deosebit de important pentru corpurile cu o masă mare (cu adevărat mare), cum ar fi stelele și planetele, care au un câmp gravitațional suficient de puternic pentru a influența semnificativ atât alte corpuri cosmice, cât și propria structură. Odată cu adâncirea în interiorul unui corp ceresc, fiecare nivel următor cântărește mai puțin fiindcă este atras mai slab spre centru. Din această cauză, presiunea în interiorul corpurilor cerești crește neliniar, iar în apropierea nucleului lor modificarea presiunii tinde spre zero.

Iată câteva concluzii inițiale din toate acestea:

Pentru geofizică. Presupunerile privind presiunea și privind temperatura în nucleul interior al Pământului s-ar putea să fie exagerate. Se presupune că nucleul are două componente - exterioară și interioară. Datorită gravitației substanțele mai grele au coborât în nucleu, și nucleul intern cu o rază de cca. 1220 km este compus din fier și nichel solide, fapt demonstrat și de observațiile seismologice. Abordarea care va ține cont și de modificarea greutății și a presiunii în interiorul Pământului poate să ducă la crearea unui alt model, cu un nucleu central compus din elemente mai ușoare, și nu numaidecât în formă solidă.

 Pentru astrofizică. Putem presupune că în centrul stelelor există o zonă cu intensitate mai joasă a reacțiilor termonucleare, iar zona cu intensitatea cea mai mare a reacțiilor se află undeva între centru stelei și zona de radiere, ceea ce aduce o altă viziune privind dinamica proceselor în interiorul stelelor.

Pentru astronomie. Un factor suplimentar la stabilirea câmpurilor gravitaționale a planetelor și stelelor este luarea în considerație a distribuției masei care generează câmpul gravitațional. Astfel, cu cât un corp ceresc este mai departe, cu atât sunt mai apropiați vectorii sper particulele generatoare de câm gravitațional. Aceasta duce la creșterea intensității câmpului datorită apropierii vectorilor gravitaționali. Desigur, aceasta nici pe departe nu compensează descreșterea intensității câmpului odată cu patratul distanței. Însă pentru corpurile mari cu o densitate mică (de ex., giganții de gaz), acest factor influențează semnificativ calculele.

P.S. Deja după ce am scris toate acestea, am găsit următoarea pagină (merci, Doinița):

http://en.wikipedia.org/wiki/Shell_theorem .

În linii mari, corespunde cu aceea ce-am scris eu (cum sună... ;) ), doar că nu mi-am dat seama de efectele gravitaționale în interiorul unui corp gol (doar înveliș). Și se pare că a treia mea concluzie este eronată.

De altfel, aceleași concluzii mult mai simplu reies din Legea gravitației lui Gauss

(  http://en.wikipedia.org/wiki/Gauss%27s_law_for_gravity ), cu ajutorul căreia se poate ajunge la aceleași concluzii, dar mult mai repede.

Ce pot să spun? Păcat că n-am trăit cu vre-o 450 de ani mai devreme... Da tipii ăștia doi, Newton și Gauss, chiar rup...