ГРАВИТАЦИОННОЕ РАВНОВЕСИЕ ПЛАНЕТ

Крутоверцев Игорь Титович

Дата публикации: 08.04.2015

Опубликовано пользователем: Крутоверцев Игорь Титович

Рубрика ГРНТИ: 29.00.00 Физика

УДК: 531.51

Ключевые слова: , , , , , , , , , ,

Библиографическая ссылка:
Крутоверцев И.Т. Гравитационное равновесие планет // Портал научно-практических публикаций [Электронный ресурс]. URL: http://portalnp.ru/2015/04/2494 (дата обращения: 24.10.2017)

ФГУП “Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры»

Главный специалист

АННОТАЦИЯ
В статье представлен расчет параметров орбит планет солнечной системы в модели, где источниками гравитационных сил являются звезды. Получено уравнение результирующих векторов сил Солнца и звезд вселенной, определяющее равновесное положение планет солнечной системы на орбите. Показана производная этого уравнения, определяющая зависимость радиуса планет и их плотности. Результаты расчета сравнены со справочными характеристиками планет. Вычислена константа гравитационного излучения, граница солнечной системы.

Gravitational equilibrium of the planets

Krutovertsev Igor Titovich

Center for Operation of Space Ground-Based Infrastructure

Lord high fixer

Abstract

The article presents the calculation of the parameters of the orbits of the planets of the solar system in the model where the sources of gravitational forces are the stars. The equation of the resultant force vectors of the Sun and stars of the universe that determines the equilibrium position of the planets in the solar system in orbit. Shown is the derivative of this equation, which determines the dependence of the radius of the planets and their density. The calculation results are compared with the background characteristics of the planets. The calculated constant gravitational radiation, the boundary of the solar system.
ВВЕДЕНИЕ
Все существующие на сегодняшний день модели гравитации [ 1-3 ] не дают ясного представления о природе и источнике гравитационных сил. Наиболее отчетливо обсуждаются волновая и гравитонная версии гравитации. В данном расчете применен постулат, в котором источником гравитации могут являться звезды вселенной, а вселенная изотропна и бесконечна. Звезды излучают некие вектора силы, структура которых в данной статье не рассматривается. Попробуем рассмотреть, на примере планет солнечной системы, их физических характеристик, параметров орбит, данное утверждение и сравнить их с расчетными данными.

  Рассмотрим данную схему на примере солнечной системы с Солнцем, как источником векторов силы и остальных звезд вселенной. Принимаем, что от звезд на любое небесное тело по всем трем координатам действуют однородные вектора силы с одинаковым давлением Δf Н/км2, а Солнце излучает энергию силой Q Ньютон, равномерно направленную по векторам от его центра. Тогда для пары планета – Солнце на планету солнечной системы действуют два результирующих вектора силы (f- от звезд и Р – от Солнца), направленных навстречу друг другу по оси двух небесных тел с равновесием f=Р в некоей точке на данной оси. Определим уравнение для такого равновесия. Расчет f и Р проводим раздельно. Все расчеты выполнены в среде Mathcad 14.

РАСЧЕТ ВЛИЯНИЯ КОСМОСА 
Схема влияния на планету звезд кроме Солнца и образования вектора силы f представлена на Рис. 1. 

титович2

Рис.1 Схема образования результирующего вектора f

Результирующий вектор силы f, исходящий от звезд, образуемый за счет экранирования планеты Солнцем, суммируется внутри телесного угла с вершиной в точке А (центр планеты) и его диаметром основания D1F1, что эквивалентно симметричному телесному углу с диаметром основания DF с той же вершиной A, который будет использован для расчета.
Интеграл результирующего вектора силы вычислим методом замены переменной. В общем виде интеграл суммарного вектора силы от звезд по телесному углу с заменой переменной равен

 (1)

Где EDx - окружность, по которой интегрируются проекции вектора силы под углом α на ось АН. Радиус  меняется от 0 до ED при изменении угла α от нуля до максимума;  - давление векторов силы космического поля, которое принимается как константа;
, где текущее значение ADx меняется от АЕ до AD (радиуса планеты). 
Из подобия треугольников ADE и AB1H получаем

 (2)

где L=АН – расстояние от центра Солнца до центра планеты; 
Rp= AD - радиус планеты;

Rs= B1H- радиус Солнца.
Из Рис.1 имеем . При выражении правой части уравнения через характеристики небесных тел получаем

 (3)

В данном расчете АЕ = const.
Для удобства интегрирования обозначаем переменную EDx как х и, учитывая, что из Рис.1 следует  , получаем выражение  . После подстановки

значения  и EDx как x в уравнение 1 результирующий интеграл вектора силы по полному телесному углу от звезд приобретает вид , а его решение

 (4)
РАСЧЕТ ВЛИЯНИЯ СОЛНЦА

Рис.2 Схема образования результирующего вектора Р

На Рис.2 представлена схема, по которой рассчитывался результирующий вектор силы Р, действующий на планету от Солнца. В данном случае при интегрировании также использовался способ замены переменной при вычислении по телесному углу.

Для вычисления результирующего вектора силы, действующего от Солнца на планету по оси АН, просуммируем вектора внутри телесных углов, определяемых переменным радиусом x , ограниченных окружностью, проходящей через точки С и В, имеющих вершину в точке Н (центр Солнца).
Поскольку мы приняли, что общее излучение солнца равняется Q ,то давление излучения вектора силы солнца на расстоянии будет равно , которое принимаем постоянным для данного вычисления при допущении, что L >> Rp. Проекция векторов силы Солнца на ось АН определяется величиной , который равняется  , где x меняется от 0 до Rp. Тогда вектор результирующей силы от солнца на планету с радиусом Rp на расстоянии L вычисляется интегралом

 (5),

а его решение равняется

 (6)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ИТОГОВОГО УРАВНЕНИЯ

Окончательно итоговая формула равновесия f=P приобретает вид

 (7)

Для упрощения дальнейших вычислений делаем допущение, что , а . Тогда уравнение равновесия приобретает вид

 (8)

Теперь вычислим коэффициент Δf по упрощенному уравнению 8, используя пару Земля –Луна, как небесных тел, не имеющих собственного излучения, подставляя в уравнение известные параметры. В этом случае второй член уравнения 8 исключается, поскольку источника излучения силы Луна не имеет. Величину результирующей силы в данном случае приравниваем к силе взаимного тяготения Земля-Луна согласно закону всемирного тяготения Ньютона. Уравнение равновесия принимает вид

 (9)

Сила притяжения Земля-Луна, определенная по формуле  равна 1.98х1020Н, а остальные члены выражения
G= 6.672 х 10-11 м3/кг с2 (гравитационная постоянная).
Mz = 5.9742 х 1024 кг (масса Земли), 
Мm 7.353 х 1022 кг (масса Луны),
Lzm = 384400 х 103 м (расстояние Земля – Луна),
Rz=6378.0 x103м (радиус Земли),
Rm=1738.0 x 103 м (радиус Луны ),
Данные взяты из [4]. 
Решение уравнения 9 даёт ответ Δf= 3.8126858689715839228 х1010 Н/м2 или 3.8126858689715839228 х 1016 Н/км2, что в дальнейшем пригодиться для расчета.Зная величину Δf ,определяем Q из основного упрощенного уравнения 8 для пары Земля – Солнце, подставляя соответствующие параметры в уравнение

 (10)

где Rs= 696000 км (Радиус Солнца),
Lzs= 1.496 x 108 км (расстояние Солнце-Земля),
Rz =6.378×103 км (радиус Земли),

Подставляя эти значения в уравнение 10 для системы Солнце-Земля, получаем значение Q=4.6418314158122944903 x10 29 Н. Аналогичный расчет, выполненный для остальных планет солнечной системы, дает тот же результат. Результаты расчета приведены в Таблице 1.

Таблица 1 Результат расчета коэффициента Q по параметрам планет

Планета
Радиус планеты, км
Большая полуось орбиты планеты, км
Q, Ньютон
Меркурий
2439.7 экваториальный
58 х 106
4.6418314158678960253 х 1029
Венера
6051
108.2 х 106
4.6418314142923193029 х 1029
Земля 6378.16экваториальный
149.6 х 106
4.6418314158123870908 х 1029
Марс
3397 экваториальный
228 х 106
4.6418314176640689386 х 1029
Юпитер
71490 экваториальный
779 х 106
4.6418314081455514543 х 1029
Сатурн
60268 экваториальный
1427 х 106
4.641831415851607679 х 1029
Уран
25559 экваториальный
2875 х 106
4.6418314178299494589 х 1029
Нептун
24764 экваториальный
4504 х 106
4.6418314178866019988 х 1029
Плутон
1150 экваториальный
5.9 х 109
4.6418314179216250489 х 1029

Сравним истинные параметры планет с расчетным уравнением. Для этого преобразуем уравнение 8 для определения радиуса планеты, что дает выражение

 (11)

График уравнения 11 с определенными коэффициентами Δf , Q и истинными параметрами планет представлен на Рис.3.

Рис.3 Зависимость радиуса планеты от ее расстояния от Солнца
и фактические характеристики планет

1-Меркурий, 2-Венера,3-Земля,4- Марс, 5- Юпитер, 6- Сатурн, 
7- Уран, 8- Нептун, 9- Плутон

  Отметим, что шесть ближних к солнцу планет иллюстрируют неплохую сходимость с расчетным графиком. Дальние планеты имеют тенденцию отклонения от расчета. Вероятно, последнее связано с тем, что уравнение 8 следует модифицировать с включением в него плотности планет, поскольку эта величина для дальних планет заметно отличается.
После вычисления коэффициентов Δf и Q по формуле 10 можно определить границу солнечной системы, то есть расстояние, на котором влияние Солнца равна нулю. График этого влияния относительно Земли представлен на Рис. 4 . Исходя из этого расчета, граница солнечной системы имеет радиус порядка 1014 км.


Рис.4 Расчетные зависимости расстояния от Солнца и результирующей силы Солнце – космос на планеты солнечной системы
1-Меркурий, 2- Земля , 3- Юпитер

   Рассмотрим уравнение 9 , в котором для правой части используется формула ньютоновского взаимного тяготения, с выражением массы через объем и плотность. Приняв, что радиусы и плотности небесных тел в данном случае равны, получаем уравнение

 (12)

где d – плотность планеты, Rp – радиус планеты.
Из этого уравнения получаем зависимость плотности

 (13)

График уравнения 13 представлено на Рис.5 . На нем также указаны данные планет солнечной системы из справочной публикации [4].

Титович
Рис.5 Расчетная зависимость плотности планеты от ее радиуса и истинные параметры планет.

1- Плутон, 2- Меркурий, 3- Марс, 4- Венера, 5- Земля, 6- Уран, 7- Нептун, 8- Сатурн, 9- Юпитер.

  Как видно из Рис.5, параметры небесных тел близки к расчетной функции. Для большей точности, по-видимому, необходимо учитывать в расчете неоднородность плотности планет.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Для модели, где источником гравитационных сил являются звезды, получено уравнение 8, определяющее равновесный радиус траектории планет в солнечной системе. Сравнение расчетной кривой и истинных параметров планет находит подтверждение для ближних к Солнцу планет. Из расчета определена константа , определяющая плотность силового потока во вселенной, а также величина силового излучения Солнца. Определена примерная граница солнечной системы радиусом 1014 км. При использовании ньютоновского закона всемирного тяготения получено уравнение зависимости радиуса небесного тела и его плотности.

Библиографический список
1. Мизнер Ч., Торн К, Уилер Дж., Гравитация, М., Мир, 1977
2. Иваненко Д.И., Сарданашвили Г.А. , Гравитация, Киев, Наукова думка, 1985
3. Зельдович Я.Б., Грищук Л.П., Тяготение, общая теория относительности и альтернативные теории, ж-л Успехи физических наук, том 149, вып.1, 1986 г.
4. Бережной А.А., Бусарев В.В., Ксанфомалити Л.В., Сурдин В.Г., Холшевников К.В., Солнечная система ,М.: ФИЗМАТЛИТ, 2012.


Количество просмотров публикации: -

© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором публикации (комментарии/рецензии к публикации)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.