Два сосуда различной формы имеют равные площади

Отмена

Отмена

За счет чего якорь удерживает судно на одном месте?

——————————————————–

За счет т.н. держащей силы якоря и упругости якорного каната (цепи). Это целая наука, которой учат в морских учебных заведениях. Якорей великое множество и важно подобрать оптимальный якорь для конкретного плавсредства. Якоря держат не только суда, но и различные морские сооружения : платформы, плав.маяки, буи, плав.причалы, дебаркадеры, понтоны, волноломы и т.д.

Я занимаюсь строительством яхтенных гаваней (марин) и для меня относительно недавно стал открытием винтовой якорь Митчелла (был такой замечательный британский инженер Александр Митчелл, изобрел он этот якорь в 19 веке, кстати).

Винтовой якорь вкручивается в дно и имеет держащую силу в 10-15 раз больше обычных якорей. При совсем маленьком весе, размерах и цене. Для меня это личная якорная революция 🙂

Все слышали про общую теорию относительности, и все примерно представляют себе ее тезисы. Вспомним один из них.

Время относительно. Это буквально означает, что если двигаться мимо совершенно точных и исправных часов (с любой скоростью), они покажутся вам идущими медленно. Одна секунда на них будет длиться для вас дольше секунды — тем дольше, чем быстрее вы двигаетесь. Но та же одна секунда этих часов будет длиться ровно одну секунду для того, кто в этот момент просто стоит возле них.

То же происходит с пространством. Если вы двигаетесь навстречу шару и каким-нибудь образом успеете на ходу измерить его диаметр, выставив линейку по направлению движения, окажется, что шар для вас стал сплюснутым. Да, верно: тем более сплюснутым, чем быстрее вы двигаетесь.

И вот мы двигаемся все быстрее. Еще быстрее, еще быстрее. Шары на нашем пути сплющиваются, часы на нашем пути замедляются. Они делают это с экспоненциальной скоростью: сначала чтобы заметить разницу нужно разогнаться очень сильно, чуть позже уже малейший прирост в скорости будет давать заметный невооруженным взглядом эффект сжатия. И так до тех пор, пока… пока все шары вокруг вас не станут дисками нулевой толщины с нулевым расстоянием между ними. Пока все часы не остановятся. Расстояние до любого объекта впереди или позади будет равно нулю, секунда на чужих часах будет длиться бесконечно. С вашей точки зрения вы будете находиться во всех точках своей траектории одновременно, а понятие времени или изменения просто исчезнет. Прошлое и будущее, равно как направления «вперед» и «назад» перестанут иметь для вас смысл.

Конечно, сделать этого вы не сможете, потому что у вас есть масса: вы сможете бесконечно приближаться к этой границе, но никогда не достигнете ее. Это асимптота на графиках восприятия пространства и времени. Но у света массы нет, и для него те же графики совпадают с асимптотами.

Строго говоря, называть эту скорость «скоростью света» не совсем точно. Это предел кривизны пространства и времени. Что угодно, не имеющее массы, окажется именно в этом пределе. Свету повезло быть именно такой сущностью, но с тем же успехом мы могли бы назвать эту величину «скоростью немассивных тел».

Свет движется с этой скоростью, потому что у него нет массы, а не сама скорость стала максимальной благодаря свету. Забудьте про свет. Представьте себе, каково быть объектом без массы, для которого перестало существовать время и пространство. Скорость — это расстояние, проходимое в единицу времени. Как можно развить скорость еще выше, когда расстояния и времени для вас уже не существует?

Почему люди думают, что у сложных вещей есть простое объяснение? Очень чато объяснения “на пальцах” далеки от истины и лишь путают. Но ладно, попробуем. Рассмотрим специальную теорию относительности, потому что простыми словами объяснить общую совсем нереально. Так вот, рассмотрим вагон, едущий со скоростью 60 км/ч. а в нём по ходу движения идёт человек, со скоростью 10 км/ч. Вопрос – с какой скоростью человек движется относительно станции? Очевидно, что 70 = 60 + 10 км/ч. Правда ведь?

Так вот, это не правда. На самом деле будет 69.99999999999996 км/ч

Казалось бы, смехотворная разница, но с увеличением скорости она будет нарастать. Если человек (безмассовый) в вагоне будет двигаться со скоростью света, то и относительно станции он будет двигаться ровно с той же скоростью! А это уже выглядит как полный бред с точки зрения того, к чему мы привыкли.

Все дело в том, что мы привыкли считать время идущим одинаково во всех системах отсчёта. И на наших скоростях, как мы видели, так действительно можно считать. Но впринципе оно идёт по разному, и из-за этого скорости складываются так необычно. Это одно из главных положений теории относительности

Релятивистской массы нет в природе и, согласно релятивистской механике Эйнштейна, масса остаётся инвариантной и равной массе покоя всегда, независимо от скорости (недоверчивым сюда).

Темп роста энергии частицы (E) с ростом скорости β = v/c (в единицах скорости света c) получен мною здесь. Если тело обладало скоростью β₁ = 0,9 при энергии Е₁, то для достижения скорости β₂ = 0,9…999 (n девятoк после запятой), потребуется энергия E₂ = (3,16)ⁿ⁻¹⋅Е₁. Получается, что с каждой новой девяткой в величине скорости (β), энергия должна быть увеличена в 3,16 раз. Таким образом, неограниченный рост числа девяток (n) в численном значении скорости (β), приводит к неограниченному росту энергии.

Mаксимальная скорость зарегистрированного материального объекта (протона), ускоренного до околосветовых скоростей в космическом пространстве, равна β = 0,9…999 (всего 23 девятки), а соответствующая энергия, E ~ 10¹¹ ГэВ. Области в галактиках и механизмы ускорения до этих скоростей пока неизвестны. Максимальные энергии столкновения протонов, достигнутые на ускорителе БАК (LHC) в ЦЕРН, равны 1,3×10⁴ ГэВ, что в системе отсчёта неподвижной мишени соответствует энергии протона = 9×10⁷ ГэВ или скорости протона β = 0,999 999 999 999 9999 (16 девяток). В обоих случаях масса протона остаётся неизменной и равной массе покоя, 0.938 ГэВ.

Согласно релятивистской механике, со скоростью света (β = 1) могут лететь только безмассовые частицы (фотоны), но и у них есть недостаток − они не могут лететь медленнее.

Правильно сказать так: решения уравнений ОТО в приложении к начальным условиям Вселенной дают бесконечности. Математически это называется сингулярность. А вот что там было физически – об этом науке неизвестно. Физики в настоящий момент примерно представляют, что происходило в первые доли секунды (вплоть до 10^-43 с) после Большого взрыва, а также имеют ряд гипотез, объясняющих, как именно этот Большой взрыв мог произойти. Но чтобы вот так однозначно заявить, что дескать материя вся была в одной точке – такого физического описания не существует. Это упрощение.

В целом таймлайн примерно такой:

Точка 0 – Большой взрыв. В рамках теории ОТО не моделируется, потому что все решения уходят в бессмысленные бесконечности. Как, кстати, и сингулярности черных дыр.

Период от 0 до планковского времени (10^-43 с). Все четыре основных взаимодействия (сильное, слабое, электромагнитное и гравитация) были объединены. Поскольку в настоящий момент теоретически выполнено объединение только для трех из четырех взаимодействий, то адекватного научного описания событий в эту эпоху не существует. Это одна из главных проблем космологии на сегодняшний день.

Великое объединение (от 10^-43 до 10^-36 с). В этот промежуток времени температура уже несколько снизилась (примерно до 10^27 К), квантовые эффекты поутихли, произошло отделение гравитационной силы. Название “великое объединение” обусловлено тем фактом, что при энергиях той эпохи три оставшихся взаимодействия сливаются в одно. На сегодняшний день существует несколько теорий Великого объединения, но живьем это объединение никто не наблюдал – энергии, необходимые для этого, лежат далеко за пределами возможностей современных ускорителей частиц.

Электрослабая эпоха (от 10^-36 до 10^-12 с). Вселенная продолжает расширяться, температура продолжает падать, и вот уже энергия снижается ниже предела электрослабого объединения, при котором сливаются вместе слабое взаимодействие и электромагнитное. В этом периоде есть много неясностей, хотя математические модели такого объединения существуют давно, еще академик Сахаров работал над нарушением CP-симметрии. Само нарушение электрослабой симметрии произошло ближе к концу этого периода. Считается, что именно нарушение симметрии электрослабого взаимодействия отвечает за разницу в количестве материи и антиматерии, наблюдаемую во Вселенной.

Инфляционный период (до 10^-32 с). Гипотетический процесс экспоненциального роста пространственной метрики Вселенной. За доли секунды (т.е. между 10^-33 и 10^-32 с) размеры Вселенной выросли в 10^26 раз в каждом из трех измерений. Именно инфляцией объясняется крупномасштабная однородность Вселенной. В мелком масштабе мы видим разнообразные галактики и звезды, но Вселенная в целом – место весьма однообразное. Без привлечения инфляционного периода объяснения этому наблюдаемому факту не было.

Эпоха кварков (до 10^-6 с). Температура снижается настолько, что начинают формироваться кварки. Сильное взаимодействие уже тоже отпочковалось, но температура еще слишком высокая, чтобы сформированные кварки могли объединиться в адроны (нейтроны или протоны, например). Как только энергия снизилась ниже энергии связи адронов, начала формироваться материя.

1 секунда. Температура снижается до нескольких миллиардов кельвинов. Нейтрино перестают взаимодействовать с материей. Примерно в это же время гравитация начинает формировать первые черные дыры. Размеры Вселенной все еще достаточно скромные, а плотность материи велика, поэтому в тех или иных местах Вселенной гипотетически могли образовываться первичные ЧД. Интересно, что эти ЧД могли состоять не из нейтронов и протонов, как обычные черные дыры, а из другой материи, например, тех же нейтрино. А значит, они могут оказаться как раз той таинственной темной материей, которая никак не обнаруживается, но вносит значительный гравитационный вклад в движение галактик.

2 секунды. Эпоха лептонов. В этот период во Вселенной доминировали электроны и другие частицы такого типа – лептоны. Большая часть адронов (т.е. протонов и нейтронов) уже аннигилировала с анти-адронами. А лептоны остались.

10 секунд. Эпоха фотонов. Лептоны тоже аннигилировали со своими анти-частицами с выделением фотонов. В этот период и по сей день во Вселенной начинают доминировать фотоны. Проще говоря, излучения сегодня “больше”, чем материи.

20 минут. Формирование первых ядер атомов. Большая часть материи аннигилировала с антиматерией, но оставшейся все равно оказалось много. Температура снизилась до пределов, когда становится возможным ядерный синтез. Возникают первые элементы, в основном водород и его изотопы, но также гелий и литий. Наблюдение за старыми галактиками показывает, что число этих легких элементов в них согласуется с предсказанием теории Большого взрыва.

47,000 лет (и далее). Доминирование материи. В этот плотность материи настолько увеличивается, что гравитационный вклад в общую энергию Вселенной начинает преобладать. Расширение Вселенной замедляется. Примерно 9 миллиардов лет спустя, преобладать начинает темная энергия, и Вселенная вновь начинает расширяться ускоренно, что происходит и по сей день.

100,000 лет. Формируются первые молекулы. Речь, конечно, идет лишь о самых простых и стабильных молекулах, потому что температуры все еще зашкаливают по земным меркам.

370,000 лет. Формируются первые электрически нейтральные атомы. Т.е. протоны начинают захватывать электроны. У этого процесса есть важное следствие: электрически нейтральному атому гораздо сложнее захватить пробегающий мимо фотон (для этого фотон должен передать энергию электрону на орбите). Т.е. фотоны с этого момента получают возможность путешествовать по Вселенной в виде излучения свободно. До этого Вселенная была непрозрачна для излучения. Вот это самое первичное фотонное излучение мы сейчас можем наблюдать в виде микроволнового реликтового излучения. В силу красного смещения, обусловленного расширением Вселенной, изначальный спектр тех фотонов сместился в микроволновую область. Наблюдаемое реликтовое излучение – это одно из самых сильных подтверждений теории Большого взрыва.

100-300 миллионов лет. Формируются первые звезды и крупномасштабные структуры. Первые звезды – это водород и гелий. Огромные, горячие и, увы, пока не обнаруженные напрямую.

350-500 миллионов лет. Первые галактики.

Вот как-то так.