Размещено на http://www.allbest.ru/

Вращение внешних оболочек и ядра Земли под действием сил гравитации

И.Н. Подрезенко

Приведена аргументация обоснованности расчетной модели распределения сил в гравитационных полях и значимость учета влияния их характеристик и особенностей при вращении Земли.

An argumentation over of validity of pre conditions of calculation model of distribution of forces of gravitation in the gravitational fields and meaningfulness of account of influence of their descriptions and features are brought at the rotation of Earth.

Форма Земли, близкая к эллипсоиду вращения, указывает на то, что вещество планеты находится в гидростатическом равновесии. В результате теоретических построений | 1 | было установлено, что реальная масса планет (mр) равна:

mр = 4д/3 (1)

где mд - действующая масса. Гравитационное взаимодействие масс определяется половиной планеты, где одна половина ее взаимодействует с внешними источниками (например, Солнцем), а другая - является опорой при данных взаимодействиях. Причем реальная масса половины планеты(mрп) составляет:

mрп = 2д/3 (2),

где соответственно активная масса (mа) и инертная масса(mин) равны:

mа=mин= д/3 (3)

гравитационный поле тяготение движение

Равенство друг другу противодействующих сил в недрах планет с одной стороны, обеспечило их гидростатическое равновесие, а с другой - при расчете данных взаимодействий множитель /3 автоматически сокращался, не оказывая никакого влияния на итоговый результат. Исходя из этого в своих расчетах, мы также будем использовать действующую массу, но уже с учетом характера гравитационного взаимодействия сил для двух половин планеты. Для установления угловой скорости вращения внешних оболочек (wвн) и ядра(wя) Земли использовались данные работы|2|:

Mс=1.99Ч1030 - масса Солнца; rз-с=14.96Ч1010м - расстояние Земли до Солнца; G=6.673Ч10-11м3/с2 кг - гравитационная постоянная; Vоб=29.765Ч103м/с - средняя скорость оборота Земли вокруг Солнца; Rэ=6378137м - экваториальный радиус ; Rп=6356752.3м - полярный радиус ; gэ=9.78049м/с2 - ускорение свободного падения на экваторе; g п=9.83235м/с2 - ускорение свободного падения на полюсе; T=86164.1c -период вращения Земли;б=23.4417o - угол между плоскостью вращения Земли и плоскостью эклиптики; f=1/298.257222101 - обратное сжатие; wр=7.292115Ч10-5с-1 - угловая скорость вращения Земли на экваторе.

Определим взаимодействующие массы на полюсе (mп) и экваторе(m э):

mп = RпЧVп2/G (4); mэ=RэЧVэ/G (5),

где Vп и Vэ - скорости гравитационной волны на полюсе и экваторе, определяемые из выражения:

V= (6),

откуда получаем Vп=7905.8м/с, Vэ=7898.2м/с, mп = 5.954Ч1024кг, mэ=5.963Ч1024кг.

Так как сила тяжести планеты (Fтп) равна силе гравитационной упругости (Fгу ) |3|:

mэ Ч gэ =kГЖЧRэ (7),

где kгж - гравитационная жесткость планеты, которая для экватора Земли равна:

kэ = mинэ Чgэ/Rэ=9.143Ч1018 кг/с2 (8),

то при гравитационном взаимодействии Земли с Солнцем противоположная половина планеты (являющейся опорой при действии силы всемирного тяготения-Fт) образует гравитационное плечо равное радиусу экватора |4|.На данное плечо будет действовать не вся сила всемирного тяготения, а только ее половина, так как данной силе будет противодействовать сила инерции (Fин).Сила инерции действующая на гравитационное плечо равна:

Fин = mэЧV32/2ЧrЗС - mэЧVоб2/2Чrзс=1.77Ч1022 н (9)

где V3=Vоб=42.1Ч103м/с - скорость гравитационной волны Солнца на орбите Земли.

Сила всемирного тяготения равна:

Fт = GЧmэЧMc/rзс2=3.54Ч1022 н (10)

Тогда сила, действующая на гравитационное плечо (Fп) планеты, которой противодействует сила инерции, будет равна:

Fп = Fт-Fин=1.77Ч1022 н (11)

Другое гравитационное плечо образуется за счет силы сжатия и определяется фокусным расстоянием(C):

C2=Rэ2 - Rп2 (12),

Откуда С = 521854.2 м.

В связи с противодействием сил Fп и Fин получим:

Fвр-1=FпЧRэ/С=21.63Ч1022 н (13) и Fвр-2=FинЧRэ/С=21.63Ч1022 н (14)

Момент количества движения создается за счет преломления гравитационной волны Солнца в недрах Земли (в данном направлении воздействие силы Fп максимально от точки пересечения преломленной гравитационной волны Солнца с другой половиной планеты до поверхности Земли так как время прохождения ее минимально на этом отрезке)и в связи с тем, что сила сжатия (Fсж) образует гравитационное плечо С противодействующей силе Fп. То есть максимальное действие силы Fп будет наблюдаться, от точки пересечения преломленной гравитационной волны Солнца в недрах Земли с поверхностью противодействующей данной силе на экваторе другой половине планеты до поверхности Земли, по границе противодействующих друг другу половин планеты, а силы Fин - от данной точки до ее центра. Следовательно, данная точка определит радиус вращения внешних слоев (Rвн) и ядра (Rя) на экваторе Земли. Причем противодействие данных сил указывает на то, что внешние слои планеты будут вращаться в противоположную сторону вращения ее ядра. Необходимо отметить, что вращение планет вокруг своей оси определяется минимальным расстоянием, которое проходит преломленная гравитационная волна до плеча вращения планеты, образованное другой ее половиной - противодействующей силе притяжения Солнца. В данном случае это расстояние определяется углом наклона плоскости вращения экватора к плоскости орбиты. Так при движении Меркурия, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна и Нептуна плоскость вращения экватора относительно плоскости орбиты имеет угол наклона соответственно: +30, +23.40, +25.50, +3.10,+26.40 и +28.80, что и обусловило постоянное прямое вращение внешних слоев планет вокруг своей оси. При движении Венеры и Урана наклон плоскости экватора к плоскости орбиты равен -2.60 и -97.90,которые и определили воздействие гравитационной силы Fп на плечо, обусловливающее обратное вращение внешних слоев планет вокруг своей оси.

Определим радиус вращения ядра и внешних слоев Земли для среднего положения планеты на орбите в точке весеннего равноденствия. В связи с тем, что сила, гравитационного притяжения Солнца действует в плоскости орбиты, а угол преломления равен 10.8160, находим:

Rя = 0ЧRэ/0=2126237.7 м (15), а Rвн=4251899.3 м

Установим данные радиусы вращения исходя из действия сил на полюсе и экваторе Земли:

Fвр = mпЧgп - mэЧgэ=kпЧRп - kэЧRэ (16)

Формула (16) указывает на равенство сил гравитационной упругости и тяжести, а их разности определяют силу вращения на экваторе планеты, так как сила вращения на полюсе отсутствует. Отметим, что сила тяжести определяется с использованием активной массы, а сила гравитационной упругости - инертной массы, которые эквивалентны друг другу. В связи с равенством данных сил, выразим силу вращения с использованием угловой частоты гравитационных волн на полюсе (W1п) и экваторе(W1э) Земли:

w1п=Vп/Rп=124.367Ч10-5с-1, w1э=Vэ/Rэ=123.832Ч10-5 с-1 (17)

Fвр = mпЧw1п2ЧRп - mэЧw1э2ЧRэ=21.93Ч1022 н (18)

Как мы видим силы вращения, установленные по зависимостям (14) и (18), в пределах погрешности их определения совпадают. Так как в гравитационном взаимодействии при вращении Земли участвует вся ее масса, то исходя из равенства действующих сил на экваторе и полюсе, установим радиус вращения внешних слоев планеты:

mэЧVвн2/Rвн = mпЧ(gп - gэ) (19)

где Vвн=2э/Т=465.1 м/с - скорость вращения внешних слоев Земли.

Получаем Rвн = mэЧVэ2/mпЧ(gп - gэ)=4177183.2 м (20)

Определенный радиус вращения внешних слоев на экваторе планеты по формуле (20) является более точным, так как в большей степени учитывает форму Земли, которая обусловлена гравитационным взаимодействием ее не только с Солнцем, а и с другими планетами.

Тогда угловая скорость вращения внешних оболочек Земли (wвн) с учетом их гравитационного взаимодействия с ядром планеты будет равна:

Wвн = Vвн/Rвн=11.134Ч10-5 с-1 (21)

Определим значение угловой скорости вращения внешних слоев планеты исходя из того, что Земля находится в равновесном состоянии, которое определяет одинаковую угловую частоту колебаний гравитационных волн на полюсе и экваторе. То есть планета является единым целым и ее колебания должны быть одинаковы для разных точек Земли. Следовательно, общее гравитационное колебание (wоб) на экваторе будет слагаться из wэ и wвн, а значение wоб=wп=124.367Ч10-5 с-1.Так как угловая частота гравитационных волн на экваторе направлена перпендикулярно угловой частоте вращения Земли, то общее гравитационное колебание на экваторе составит:

Wоб2=wэ2 + wвн2 (22)

Откуда получаем wвн=11.523Ч10-5 с-1

Полученные результаты по выражениям (21) и (22) свидетельствуют о правильности методического подхода при определении wвн.

Установим силу вращения внешних слоев Земли (Fвн), исходя из угловой скорости их вращения, определенной по формуле (21).Для этого определим массу внешних слоев планеты (mвн),имеющих радиус вращения Rвн=4177183.2 м:

mвн = RвнЧVэ2/G=3.90498Ч1024 кг(23)

Fвн = mвнЧwвн2ЧRвн=20.22Ч1022 н (24),

и с учетом сложения сил Fвн и Fп получим результирующую силу вращения внешних слоев Земли(Fвр):

Fвр2=Fвн2+Fп2+2FвнЧFпЧ (25)

Fвр=21.86Ч1022 н (26)

Предложенный подход позволяет нам установить угловую скорость вращения ядра Земли (wя).Результирующая угловая скорость wр=7.292115Ч10-5 c-1,которая слагается из угловой скорости вращения внешних слоев и ядра планеты. Так как оси вращения внешних слоев и ядра параллельны одна другой, то:

Wр=Wвн+Wя (27), откуда:Wя = Wр-Wвн=7.2921Ч10-5 с-1 - 11.342Ч10-5 с-1=-4.0499Ч10-5 с

Следовательно под действием сил гравитационной упругости(Fгу),вращения ядра(Fя) и инерции(Fин) ядро планеты вращается в противоположную сторону вращения внешних слоев Земли. Определим силу вращения ядра:

Fя = mяЧWя2ЧRя=0.74Ч1022 н (28),

где масса ядра равна mя=2.0575Ч1024 кг, а Rя=2200953.8 м

Сила гравитационной упругости сопротивляющейся вращению внешних слоев на экваторе равна:

Fгу = kэЧ(Rэ - Rп)=19.55Ч1022 н(29)

Так как сила гравитационной упругости и сила вращения находится в одной плоскости на экваторе и имеют одинаковое направление, то их общее взаимодействие равно:

F=Fгу +Fя=20.28Ч1022 н (30)

По отношению к силе инерции, данные силы направлены под углом б=23.44170.Отсюда результирующая сила вращения ядра составит:

Fвр2=F2+Fин2+2FЧFин (31)

и Fвр=21.92Ч1022 н.(32)

На полюсе сила вращения отсутствует. В данной точке происходит сложение силы сжатия(Fсж) и силы инерции(Fин). Силу сжатия определим из выражения:

Fсж = FпЧf=19.63Ч1022 н (33)

С учетом наклона земной оси к плоскости орбиты (в=66.55830),результирующая сила(Fр) будет равна:

Fр2=Fсж2+Fин2+2FсжЧFинЧ(34)

Откуда Fр=20.40Ч1022 н., что находится в полном соответствии с третьим законом Ньютона - сила действия равна силе противодействия - Fр = Fвн., а разность результирующей силы и силы сжатия даст нам максимальную силу вращения (Fя):

Fяmax= Fр - Fсж=0.77Ч1022 н (35),

то есть при обороте Земли вокруг Солнца мы имеем замкнутую систему сложения сил, где в некоторый момент времени сила вращения ядра будет соответствовать разности указанных выше сил, которая является максимальным пределом для силы вращения ядра.

Полученные значения силы вращения по формулам (14),(18),(26),(32) соответственно равны 21.63Ч1022н,21.93Ч1022н,21.86Ч1022н и 21.92Ч1022н. Как видно различие между значениями силы вращения, определенные различными способами, не превышает 10/0,что свидетельствует о достоверности полученных результатов. Одна из сложностей понимания гравитационного взаимодействия - это наличие равных противодействующих сил, как бы вложенных друг в друга. Путем теоретических построений, на основе исследования симметрии времени, было установлено активное и инертное измерения. При взаимодействии данных измерений образовалось наше контактное измерение. Векторами объединяющие взаимодействия активного, контактного и инертного измерений являются квадрат времени(t2-определяющий течение времени в одном направлении), реальная масса (mр- образующую единицу ускорения массы в контактном измерении при взаимодействии активного и инертного измерении) и объем планеты(Vоб- образующий единицу ускорения объема в контактном измерении при взаимодействии активного и инертного измерении),которые в контактном измерении связаны между собой следующей зависимостью|1|:

G=Vоб/mрЧt2 (36)

Взаимодействие активного и инертного измерений обусловило в контактном измерении соблюдения фундаментальных законов физики - принципов симметрии и законов сохранения для изолированных систем. Этим, в общем, и объясняется симметричная “вложенность” противодействующих друг другу гравитационных сил. Взаимодействие активного, контактного, инертного измерений и установленной на этой основе связь гравитации с электромагнетизмом (а также обоснование природы не высоких скоростей гравитационных волн) является темой дальнейших публикаций. Отметим, что взаимосвязь указанных векторов в контактном измерении (36), обусловила кристаллическую структуру планет, впервые установленную Кеплером.

Вращения ядра в противоположную сторону вращения внешних слоев Земли подтверждается так называемым “западным дрейфом” магнитного поля, значение угловой скорости которого по данным разных исследователей колеблется от 0.05 до 0.30/год |5|. Считают |6|, что лучшее приближение к наблюдаемому геомагнитному полю дает диполь, расположенный в магнитном центре Земли (гипотеза эксцентричного диполя). В частности, положение и ориентация диполя для эпохи 1955.0 г. следующие. Диполь смещен на 436 км от центра по направлению к точке поверхности с координатами 15.60 с.ш. и 150.90 в.д. Близость положения диполя к фокусному расстоянию С свидетельствует не о угловой скорости вращения ядра, а о прецессии эксцентричного диполя, которая связана на наш взгляд с ротационным режимом Земли. При этом направление движения диполя должно совпадать с направлением вращения ядра. К этому добавим, что на протяжении существования миллиарда лет, без постоянно действующих сил, скорость вращения ядра и внешних слоев Земли была бы одинакова, что привело практически к отсутствию магнитного поля. Так, для Венеры, где радиусы на экваторе и полюсе равны, что обусловило существование одного гравитационного плеча и отсутствие момента количества движения в ядре планеты, напряженность собственного магнитного поля не превышает 0.005 АЧм-1.Для Земли напряженность геомагнитного поля убывает от магнитных полюсов к магнитному экватору от 55.7 до 33.4 АЧм-1.Подтверждением существования гравитационных сил участвующих в создании момента количества движения при вращении Земли является и то, что скорость ее вращения изменяется. Еще одним не совсем понятным моментом является резкая граница между вращением внешних слоев планеты и ее ядром. Более полно такое положение объясняется при использовании природы связи гравитации с электромагнетизмом. В нашем случае, мы объясняем это преобладанием сил сжатия и инерции в ядре, определившим положение фокуса(гравитационного плеча противодействующего силе Fп), что привело к возникновению на границе ядра и внешних слоев Земли резкого скачка в плотности пород. Так средняя плотность, установленная с использованием показателя - действующая масса для внешних слоев планеты на экваторе равна свн = 3746.9 кг/м3, а для ядра - ся = 46070.7 кг/м3. Следовательно, мы можем определить результирующую силу вращения ядра (Fвр) так как при взаимодействии контактного измерения с инертным измерением отношение значении ся/свн будет отражать отношение гравитационных плеч на которое воздействует сила инерции:

Fвр = Fин Ч ся/свн = 21.76Ч1022 н. (37)

Совпадение значения результирующей силы вращения ядра с ее значениями полученными другими расчетными методами доказывает наличия скачка плотности на границе, где происходит смена направлений вращений земных оболочек. Полученные данные хорошо согласуются с плотностью веществ в ряду: плотность веществ на поверхности Земли (до 21.45Ч103 кг/м3 самородная платина) - плотность ядерного вещества (1.2 - 2.4)Ч1017 кг/м3. Если на поверхности Земли могут находиться в природном состоянии вещества с плотностью 20000 кг/м3, то в ее ядре плотность вещества должна быть значительно больше. Наличие скачка плотности в ядре отмечают Буллард, К. Е. Буллен, М. С. Молоденский, В. Н. Жарков и другие. Рассмотрим подробно модель Земли предложенную А. Дзевоньским и Д. Андерсоном |7|, где скачок плотности по предложенной ими расчетной модели наблюдается на глубине 2981.0 км. (таблица).

Модель Земли, (глубины 2871.0 км. - 6371.0 км.)

Примечание:R - расстояние от поверхности Земли к ее центру; с - плотность вещества; Vp - скорость продольных сейсмических волн; Vs - скорость поперечных сейсмических волн.

Радиус вращения внешних слоев Земли, равный 4177,2 км., рассчитанный на основе взаимодействия гравитационных сил планеты, попадает в зону, где наблюдается незначительный экстремум скорости продольных волн. Так с глубины 2891.0 км. (Vp=8.06482 м/с) до глубины 4171.0 км. (Vp=9.66865 м/с) происходит нарастание величины Vp, а на глубине 4271.0 км. Vp составляет 9.5393 м/с. с последующим возрастанием ее значений до центра Земли. Граница смены направлений вращения внешних слоев и ядра Земли попадает в середину зоны жидкого состояния вещества (на глубинах 2891.0 км. - 5149.5 км. Vs = 0.0).Так как скорости продольных и поперечных сейсмических волн зависят от плотности, модуля сжатия и модуля сдвига, то по сейсмическим данным нельзя получить все три параметра. Плотность, определенную с учетом всех условий, можно установить из уравнения:

dс/dr = gЧс/(Vp2 - 4ЧVs2/3) + бЧсЧф (38),

где r - расстояние от центра Земли; g - ускорение силы тяжести; ф - отклонение геотермического градиента от адиабатического ; б - коэффициент теплового расширения для определения которого необходимо знать объем, температуру и давление.

Решение уравнения (38) не однозначно, в связи с неизвестностью отклонения геотермического градиента от адиабатического и степени дифференциации Земли(А.В.Магницкий, В.Н. Жарков, 1962 г). Установленное нами дифференциация вещества по средним значениям плотности для вращающихся в противоположные стороны внешних слоев Земли и ее ядра является более достоверной, так как позволяет объяснить не только скачок плотности на границе вращения, а и жидкое состояние вещества на глубинах 2891.0 км. - 5149.5 км. Выделяемая на границе смены направления вращения земных оболочек (глубина 4177.2 км) энергия определила жидкое состояние не только внешних, а и плотных слоев ядра Земли. Следовательно, мантия Земли должна распространятся до глубины 4177.2 км., а положение ее ядра определятся глубинами 4177.2 км. - 6371.0 км. При этом в мантии на глубинах 2891.0 км. - 4177.2 км.(нарастание скорости продольных волн)происходит уменьшение плотности, а на глубине 4177.2 км - 4271.0 казалось незначительный спад скорости продольных волн свидетельствует о резком возрастании плотности пород ввиду выделения энергии в непосредственной близости от границы смены вращения земных оболочек.

Выводы

гравитационный поле тяготение движение

На основе установления источников сил, приводящих к вращению Земли, обоснован более полно механизм вращения внешних слоев и ядра планеты в противоположном направлении, подтверждающий результаты работы |4|.

На границе смены направлении вращения земных оболочек происходит скачок плотности и выделение энергии, обусловившее жидкое состояние, как нижней части внешних слоев, так и верхней части ядра планеты.

Перечень ссылок

1.Подрезенко И.Н. Гравитационная постоянная - индикатор контроля глобального экологического состояния планет// Матерiалы четвертоЇ МiжнародноЇ науково - практичноЇ конференцiЇ “Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенноЇ безпеки регiонiв”.- Днiпропетровськ, ч.1, 2007. - с. 89-91.

2.Астрономiчий енциклопедичний словник/ за загальною редакцiЄю J.А. Климишина та А.О. Корсунь.- Львiв, 2003.- 548 с.

3.Подрезенко И.Н. Природа формирования силы гравитационной упругости как фактора определяющего экологию земных оболочек// Матерiалы четвертоЇ МiжнародноЇ науково - практичноЇ конференцiЇ “Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенноЇ безпеки регiонiв”. - Днiпропетровськ, ч.1, 2007.- с.82-84.

4.Подезенко И. Н. Возможность решения геоэкологических задач для угледобывающих регионов на основе гипотезы о влиянии силы гравитационной упругости на возникновение статических и динамических полей напряжений в горном массиве// Матерiалы четвертоЇ МiжнародноЇ науково - практичноЇ конференцiЇ “Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенноЇ безпеки регiонiв”. - Днiпропетровськ, ч.2, 2007.- с.76-77.

5.Тяпкин К.Ф. Физика Земли.- К.: Вища школа, 1998.- 312 с.

6.Десслер А.Дж. Геомагнетизм//Околоземное космическое пространство. - М: Мир, 1966.- с.158-187.

7.Справочник по геохимии. - М: Недра, 1990. - с.6-7.

Размещено на Allbest.ru