214 (Пятое состояние вещества или Гравитационный коллапс)

Реферат

По физике

Учащегося 9-Б класса

СОШ №24 г.Симферополя

Толкуева Олега.

ТЕМА:

«Пятое состояние вещества или Гравитационный коллапс »

План

1). Различные состояния вещества.

2). Гравитация.

3). Понятие «Гравитационный коллапс»

В настоящее время науке известны следующие состояния вещества:

1- газообразное - это когда молекулы вещества (газа) двигаются хаотически не имея устойчивых связей друг с другом. Плотность от 0-17 по водороду.

Вакуум - это один атом водорода на 1 куб\км пространства

Плотность – это количество вещества в единице объема.

2- жидкое - молекулы жидкости как правило дипольные и имеют связи друг с другом, молекулы находящиеся на границе жидкости, не имея связи с молекулами газа реализуют эти связи с соседними пограничными молекулами жидкости образуя слой ПАН (поверхностно активное натяжение) так называемый «мениск». Плотность жидкости выше плотности газа.

3- твёрдое - молекулы связаны в кристаллической решетке, плотность твёрдого вещества выше плотности жидкости.

4- плазма - это когда все электроны - общие и ядра находятся рядом друг с другом. Плазма может быть холодная или горячая. Пример холодной плазмы это – пламя спички, костра, кухонного газа – температура ее от нескольких сотен до нескольких тысяч градусов (ацетиленовая горелка 7000-11000 градусов). Горячая плазма – тела звезд – температура достигает миллионов градусов. Плотность плазмы выше плотности твердого вещества.

Есть еще одно состояние вещества – аморфное, скорее это промежуточное между жидким и твердым, так как оно имеет свойства как жидкости так и твердого.

Чтобы понять, что такое пятое состояние вещества рассмотрим общую формулу закона силы гравитации

m1 х m2

F = ---------------------------

2

R

Где : F – сила притяжения двух тел с массами m1 и m2

m1 – масcа первого тела ;

m2 – масcа второго тела ;

R – расстояние между центрами масс этих тел .

Представим себе, что m1 - масса планеты, а m2 – масса вашего тела. Для планеты Земля формула выглядит так :

m1 х m2

F = ----------------------------- G

земли 2

R

где G – гравитационная постоянная – коэффициент характеризующий конкретный состав химических элементов из которых состоит наша планета.

G – отбросим и будем рассматривать общий вид формулы гравитации.

Для того чтобы оторваться от планеты нужно преодолеть силу гравитации, приложить другую, противоположную силу, чтобы сообщить вашему телу определенную скорость, на пример для земли:

I - первая космическая скорость ( 7,91 км/сек) – выход на круговую орбиту;

II - вторая космическая скорость ( 11,18 км/сек) - выход на эллиптическую орбиту;

III -третья космическая скорость (16,66 км/сек) –выход на гиперболическую орбиту.

Если скорость больше третьей – вы освободились от силы притяжения планеты и ушли в свободный полет .

Теперь в формуле:

m1 х m2

F = ------------------------------

2

R

Представим, что m1 – масса планеты – увеличилась (по данным статистических наблюдений, ежегодно на Землю падает около 300 тонн метеоритного вещества), m2 – масса вашего тела –не изменилась – const, R – средний радиус Земли = 6,378 тыс.км, тоже не изменился - const, подставив эти значения в формулу гравитации увидим, что сила притяжения F – увеличилась, а значит необходима большая сила и соответственно большая скорость, чтобы преодолеть эту новую силу притяжения и отправиться в свободный полет.

Продолжая увеличивать массу m1 и подставляя ее в формулу гравитации, каждый раз будем получать новую, большую по величине, силу притяжения и соответственно, большую скорость необходимую для преодоления силы гравитации.

Увеличивая массу m1 и подставляя ее в формулу гравитации, в конце концов придем к тому, что сила притяжения увеличилась настолько, что необходима скорость света (300 тыс. км/сек) чтобы преодолеть эту силу притяжения.

Теперь представим, что масса планеты m1 увеличилась ещё на несколько килограмм и теперь уже скорости света не достаточно для преодоления этой новой чудовищной силы притяжения!

Образно это можно себе представить так: вы стоите на этой планете, включаете фонарик, направляя его вверх, а луч света не выходит за орбиту, а по траектории загибается и падает в низ, обратно на планету – это означает, что звёздное тело сколлапсировало. Такие объекты в настоящее время найдены в космосе, их называют «Чёрными дырами» или «Гравитационными гробами».

Аналогичный эффект получается если в формуле менять R – расстояние между центрами масс

m1 х m2

F = ---------------------------

2

R

При уменьшении R, сила притяжения F также возрастает и в свою очередь еще сильнее сжимая звёздное тело уменьшает его радиус R, очередное уменьшение размеров тела опять приводит к увеличению силы гравитации и этот необратимый процесс сжатия заканчивается тем , что звёздное тело коллапсирует – сжимается до невероятно малых размеров и становится невидимым, ибо не излучает и не отражает свет.

Коллапс - по-гречески - сжатие. Плотность вещества этих объектов огромна - в настоящий момент вычислен гравитационный радиус нашей планеты Земля он равен 2,5м.

К счастью, наша ближайшая звезда Солнце, никогда не сколлапсирует ибо для этого нужна 1,2 массы Солнца.

Открытие гравитационного коллапса или пятого состояния вещества принадлежит

русским профессорам Шкловскому и Зельдовичу в конце 20-го века. Вот как описывает Зельдович космический корабль попавший в зону гравитационного притяжения «Чёрной дыры» : «сначала корабль разрывает на куски, куски разрываются на молекулы, молекулы разрываются на атомы, атомы разрываются на элементарные частицы , элементарные частицы разрываются на кварки , все это устремляется и сжимается в одну точку !»

Рисунок чёрной дыры в виде воронки.