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

m1хm2

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

2

R

Где : F – сила притяжениядвух тел с массами m1иm2

m1– масcа первого тела;

m2 – масcа второго тела ;

R– расстояние между центрами массэтих тел .

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

m1хm2

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

земли 2

R

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

G– отбросими 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 примердля 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:

m1хm2

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

m1хm2

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

2

R

При уменьшении R, сила притяжения Fтакже возрастает и в свою очередь еще сильнее сжимая звёздное тело уменьшает его радиусR,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.