ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
190
191
ïîëå ñîîáùàåò ïîñòîÿííîå óñêîðåíèå òîëüêî â òîì ñëó÷àå, åñëè
îíî îäíîðîäíî è ïîñòîÿííî, èëè ìû ðàññìàòðèâàåì ïîëå â ìàëîì
îáúåìå).
Ïîëó÷åííûé ðåçóëüòàò ìîæíî ñôîðìóëèðîâàòü òàê: âî
âðàùàþùåéñÿ ÑÎ âîçíèêàþò ãðàâèòàöèîííûå ïîëÿ äâóõ òèïîâ,
îáóñëîâëåííûå âðàùåíèåì ýòîé ÍÑÎ. Ýòè ãðàâèòàöèîííûå
ïîëÿ ïî-ðàçíîìó íàïðàâëåíû è ïî-ðàçíîìó èçìåíÿþòñÿ âî
âðàùàþùåéñÿ ÑÎ. Öåíòðîáåæíîå ãðàâèòàöèîííîå ïîëå
íàïðàâëåíî ïî ðàäèóñó âðàùåíèÿ îò îñè âðàùåíèÿ è âîçðàñòàåò
ñ óâåëè÷åíèåì
r
r
, ýòî ïîëå íåîäíîðîäíî. Êîðèîëèñîâî
ãðàâèòàöèîííîå ïîëå äåéñòâóåò òîëüêî íà äâèæóùèåñÿ â ÍÑÎ
òåëà è îïðåäåëÿåòñÿ íå ïîëîæåíèåì â ïðîñòðàíñòâå, à ñêîðîñòüþ
äâèæåíèÿ òåëà (è óãëîâîé ñêîðîñòüþ âðàùåíèÿ ÍÑÎ), åãî
íàïðàâëåíèå çàâèñèò è îò íàïðàâëåíèÿ ñêîðîñòè äâèæåíèÿ òåëà
v
r
′
, è îò íàïðàâëåíèÿ âåêòîðà óãëîâîé ñêîðîñòè
ω
r
.
Ìû ðàññìîòðåëè ïðîÿâëåíèå ãðàâèòàöèîííûõ ïîëåé ïðè
ïîñòóïàòåëüíîì è âðàùàòåëüíîì äâèæåíèÿõ ÍÑÎ, íî ëþáîå
ñëîæíîå äâèæåíèå òåëà âñåãäà ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå ñóïåð-
ïîçèöèè ïîñòóïàòåëüíîãî è âðàùàòåëüíîãî äâèæåíèé. Ïîýòîìó
ïðîèçâîëüíîå äâèæåíèå ÍÑÎ ìîæíî ñîïîñòàâèòü ñ ýêâèâàëåíò-
íûìè (â îáùåì ñëó÷àå ïåðåìåííûìè) ãðàâèòàöèîííûìè ïîëÿìè.
 ñâÿçè ñ ýòèìè ðàññóæäåíèÿìè ïðèíöèï ýêâèâàëåíòíîñòè
ìîæíî îáîáùèòü òàê:
îïèñàíèå ôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé â ïðîèçâîëüíî äâèæóùåéñÿ ÑÎ
ïðè îòñóòñòâèè ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ ÝÊÂÈÂÀËÅÍÒÍÎ
îïèñàíèþ èõ â ÈÑÎ, íàõîäÿùåéñÿ â íåêîòîðîì îáùåì ñëó÷àå
ïåðåìåííîì è íåîäíîðîäíîì ãðàâèòàöèîííîì ïîëå.
§7. Ãåîìåòðèÿ è ãðàâèòàöèÿ
Ïîâòîðèì åùå ðàç âûâîä, ê êîòîðîìó ìû ïðèøëè â
ïðåäûäóùåì ïàðàãðàôå, óñòàíîâèâ ýêâèâàëåíòíîñòü ñîñòîÿíèé â
óñêîðåííî äâèæóùåéñÿ ÑÎ ïðè îòñóòñòâèè ïîëÿ òÿãîòåíèÿ è â
ÈÑÎ ïðè íàëè÷èè ïîëÿ òÿãîòåíèÿ.  îáùåì ñëó÷àå è óñêîðåííîå
äâèæåíèå ìîæåò áûòü ïðîèçâîëüíûì, ñîîòâåòñòâåííî è
ãðàâèòàöèîííîå ïîëå ìîæåò áûòü ñëîæíîé êîíôèãóðàöèè.
.
;2
;2
2
2
zz
xyy
yxx
WmF
ymvmWmF
xmvmWmF
′′
′′′
′′′
′
=
′
′
−
′
+
′
=
′
′
−
′
−
′
=
′
ωω
ωω
(6.13)
èëè â âåêòîðíîé çàïèñè çàêîí äâèæåíèÿ ïðèíèìàåò âèä:
[]
,2
2
ωω
r
rr
rr
vmrmWmF
′
−−
′
=
′
(6.14)
ãäå
ω
r
- âåêòîð óãëîâîé ñêîðîñòè, íàïðàâëåííûé âäîëü îñè 0z,
[]
ω
r
r
v
′
-êðàòêàÿ çàïèñü òàê íàçûâàåìîãî âåêòîðíîãî ïðîèçâåäåíèÿ,
â íàøåì ñëó÷àå âðàùåíèÿ âîêðóã îñè 0zîíî ðàâíî
[]
.,
ωωωωω
=
′
−
′
=
′
′′′′′
zzxzy
vjviv
rr
r
r
 ÷àñòíîì ñëó÷àå, êîãäà F = 0, ïîëó÷àåì:
[]
.2
2
ωω
r
rr
r
vrW
′
+=
′
(6.15)
Ïåðâîå ñëàãàåìîå íîñèò íàçâàíèå öåíòðîáåæíîãî óñêîðåíèÿ
(îíî íàïðàâëåíî ïî ðàäèóñó îò îñè âðàùåíèÿ). Âî âðàùàþùåéñÿ
ÑÎ öåíòðîáåæíîå óñêîðåíèå îòëè÷íî îò íóëÿ íåçàâèñèìî îò òîãî,
ïîêîèòñÿ èëè äâèæåòñÿ òåëî â ýòîé ÍÑÎ.
Èíà÷å èçìåíÿåòñÿ âòîðîå ñëàãàåìîå, îíî îòëè÷íî îò íóëÿ âî
âðàùàþùåéñÿ ÑÎ òîëüêî â òîì ñëó÷àå, åñëè òåëî äâèæåòñÿ â ýòîé
ÑÎ, íî íå ïàðàëëåëüíî îñè âðàùåíèÿ (èíà÷å âåêòîðíîå
ïðîèçâåäåíèå =0, äàæå ïðè
0≠
′
v
r
è
0≠
ω
r
, ò.ê. sin
)(
ω
r
r
v
= 0). Ýòà
ñîñòàâëÿþùàÿ óñêîðåíèÿ W ïîëó÷èëà íàçâàíèå êîðèîëèñîâî
óñêîðåíèå â ÷åñòü ó÷åíîãî, êîòîðûé ââåë ýòî óñêîðåíèå.
Òàêèì îáðàçîì, âî âðàùàþùåéñÿ ÑÎ L óñêîðåíèå
ñîçäàåòñÿ ñîâìåñòíûì äåéñòâèåì íüþòîíîâñêîé,
öåíòðîáåæíîé è êîðèîëèñîâîé ñèë:
WmFFF
k
öá
′
=++
rr
(6.16)
Âàæíî îòìåòèòü, ÷òî âñå óïîìÿíóòûå ñèëû
ïðîïîðöèîíàëüíû ìàññàì òåë, à ïîòîìó îíè ñîîáùàþò âñåì òåëàì
îäíî è òî æå óñêîðåíèå. Ñ íàøåé òî÷êè çðåíèÿ, îíè ïîäîáíû
ãðàâèòàöèîííûì ñèëàì, êîòîðûå òàêæå ñîîáùàþò âñåì òåëàì
îäíî è òî æå óñêîðåíèå (êîíå÷íî, â êàæäîì ñëó÷àå ñâîå),
íåçàâèñèìî îò âåëè÷èí ìàññ òåë (ìû çíàåì, ÷òî ãðàâèòàöèîííîå
ïîëå ñîîáùàåò ïîñòîÿííîå óñêîðåíèå òîëüêî â òîì ñëó÷àå, åñëè
Fx′′ = mWx′′ − 2m ω v′y ′ − m ω 2 x′; îíî îäíîðîäíî è ïîñòîÿííî, èëè ìû ðàññìàòðèâàåì ïîëå â ìàëîì
Fy′′ = mWy′′ + 2m ω v′x ′ − m ω 2 y ′; (6.13) îáúåìå).
Fz′′ = mWz′′ . Ïîëó÷åííûé ðåçóëüòàò ìîæíî ñôîðìóëèðîâàòü òàê: âî
âðàùàþùåéñÿ ÑÎ âîçíèêàþò ãðàâèòàöèîííûå ïîëÿ äâóõ òèïîâ,
èëè â âåêòîðíîé çàïèñè çàêîí äâèæåíèÿ ïðèíèìàåò âèä: îáóñëîâëåííûå âðàùåíèåì ýòîé ÍÑÎ. Ýòè ãðàâèòàöèîííûå
r r r r r
F ′ = mW ′ − mω 2 r − 2m[v′ω ], (6.14) ïîëÿ ïî-ðàçíîìó íàïðàâëåíû è ïî-ðàçíîìó èçìåíÿþòñÿ âî
r
ãäå ω - âåêòîð óãëîâîé ñêîðîñòè, íàïðàâëåííûé âäîëü îñè 0z, âðàùàþùåéñÿ ÑÎ. Öåíòðîáåæíîå ãðàâèòàöèîííîå ïîëå
íàïðàâëåíî ïî ðàäèóñó âðàùåíèÿ îò îñè âðàùåíèÿ è âîçðàñòàåò
[vr′ωr ] -êðàòêàÿ çàïèñü òàê íàçûâàåìîãî âåêòîðíîãî ïðîèçâåäåíèÿ, r
ñ óâåëè÷åíèåì r , ýòî ïîëå íåîäíîðîäíî. Êîðèîëèñîâî
â íàøåì ñëó÷àå âðàùåíèÿ âîêðóã îñè 0zîíî ðàâíî
r r ãðàâèòàöèîííîå ïîëå äåéñòâóåò òîëüêî íà äâèæóùèåñÿ â ÍÑÎ
[vr′ωr ] = i v′y ′ω z ′ − j v′x ′ω z ′ , ω z′ = ω . òåëà è îïðåäåëÿåòñÿ íå ïîëîæåíèåì â ïðîñòðàíñòâå, à ñêîðîñòüþ
 ÷àñòíîì ñëó÷àå, êîãäà F = 0, ïîëó÷àåì: äâèæåíèÿ òåëà (è óãëîâîé ñêîðîñòüþ âðàùåíèÿ ÍÑÎ), åãî
r r r r íàïðàâëåíèå çàâèñèò è îò íàïðàâëåíèÿ ñêîðîñòè äâèæåíèÿ òåëà
W ′ = ω 2 r + 2[v′ω ]. (6.15) r r
Ïåðâîå ñëàãàåìîå íîñèò íàçâàíèå öåíòðîáåæíîãî óñêîðåíèÿ v′ , è îò íàïðàâëåíèÿ âåêòîðà óãëîâîé ñêîðîñòè ω .
(îíî íàïðàâëåíî ïî ðàäèóñó îò îñè âðàùåíèÿ). Âî âðàùàþùåéñÿ Ìû ðàññìîòðåëè ïðîÿâëåíèå ãðàâèòàöèîííûõ ïîëåé ïðè
ÑÎ öåíòðîáåæíîå óñêîðåíèå îòëè÷íî îò íóëÿ íåçàâèñèìî îò òîãî, ïîñòóïàòåëüíîì è âðàùàòåëüíîì äâèæåíèÿõ ÍÑÎ, íî ëþáîå
ïîêîèòñÿ èëè äâèæåòñÿ òåëî â ýòîé ÍÑÎ. ñëîæíîå äâèæåíèå òåëà âñåãäà ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå ñóïåð-
Èíà÷å èçìåíÿåòñÿ âòîðîå ñëàãàåìîå, îíî îòëè÷íî îò íóëÿ âî ïîçèöèè ïîñòóïàòåëüíîãî è âðàùàòåëüíîãî äâèæåíèé. Ïîýòîìó
âðàùàþùåéñÿ ÑÎ òîëüêî â òîì ñëó÷àå, åñëè òåëî äâèæåòñÿ â ýòîé ïðîèçâîëüíîå äâèæåíèå ÍÑÎ ìîæíî ñîïîñòàâèòü ñ ýêâèâàëåíò-
ÑÎ, íî íå ïàðàëëåëüíî îñè âðàùåíèÿ (èíà÷å âåêòîðíîå íûìè (â îáùåì ñëó÷àå ïåðåìåííûìè) ãðàâèòàöèîííûìè ïîëÿìè.
r r rr  ñâÿçè ñ ýòèìè ðàññóæäåíèÿìè ïðèíöèï ýêâèâàëåíòíîñòè
ïðîèçâåäåíèå =0, äàæå ïðè v′ ≠ 0 è ω ≠ 0 , ò.ê. sin ( v ω ) = 0). Ýòà
ìîæíî îáîáùèòü òàê:
ñîñòàâëÿþùàÿ óñêîðåíèÿ W ïîëó÷èëà íàçâàíèå êîðèîëèñîâî îïèñàíèå ôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé â ïðîèçâîëüíî äâèæóùåéñÿ ÑÎ
óñêîðåíèå â ÷åñòü ó÷åíîãî, êîòîðûé ââåë ýòî óñêîðåíèå. ïðè îòñóòñòâèè ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ ÝÊÂÈÂÀËÅÍÒÍÎ
Òàêèì îáðàçîì, âî âðàùàþùåéñÿ ÑÎ L óñêîðåíèå îïèñàíèþ èõ â ÈÑÎ, íàõîäÿùåéñÿ â íåêîòîðîì îáùåì ñëó÷àå
ñîçäàåòñÿ ñîâìåñòíûì äåéñòâèåì íüþòîíîâñêîé, ïåðåìåííîì è íåîäíîðîäíîì ãðàâèòàöèîííîì ïîëå.
öåíòðîáåæíîé è êîðèîëèñîâîé ñèë:
r r
F + Föá + Fk = mW ′ (6.16) §7. Ãåîìåòðèÿ è ãðàâèòàöèÿ
Âàæíî îòìåòèòü, ÷òî âñå óïîìÿíóòûå ñèëû
ïðîïîðöèîíàëüíû ìàññàì òåë, à ïîòîìó îíè ñîîáùàþò âñåì òåëàì Ïîâòîðèì åùå ðàç âûâîä, ê êîòîðîìó ìû ïðèøëè â
îäíî è òî æå óñêîðåíèå. Ñ íàøåé òî÷êè çðåíèÿ, îíè ïîäîáíû ïðåäûäóùåì ïàðàãðàôå, óñòàíîâèâ ýêâèâàëåíòíîñòü ñîñòîÿíèé â
ãðàâèòàöèîííûì ñèëàì, êîòîðûå òàêæå ñîîáùàþò âñåì òåëàì óñêîðåííî äâèæóùåéñÿ ÑÎ ïðè îòñóòñòâèè ïîëÿ òÿãîòåíèÿ è â
îäíî è òî æå óñêîðåíèå (êîíå÷íî, â êàæäîì ñëó÷àå ñâîå), ÈÑÎ ïðè íàëè÷èè ïîëÿ òÿãîòåíèÿ.  îáùåì ñëó÷àå è óñêîðåííîå
íåçàâèñèìî îò âåëè÷èí ìàññ òåë (ìû çíàåì, ÷òî ãðàâèòàöèîííîå äâèæåíèå ìîæåò áûòü ïðîèçâîëüíûì, ñîîòâåòñòâåííî è
ãðàâèòàöèîííîå ïîëå ìîæåò áûòü ñëîæíîé êîíôèãóðàöèè.
190 191
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 95
- 96
- 97
- 98
- 99
- …
- следующая ›
- последняя »
