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.