Частотная зависимость ускорения свободного падения ротора и неравенство инертной и тяжелой масс

профессор А. Л. Дмитриев

Санкт-Петербургский государственный университет Информационных технологий, механики и оптики, СПб, 197101, Кронверкский проспект,49. (812)3154071 alex@dmitriyev.ru

Аннотация. Кратко описаны результаты измерений ускорения свободного падения закрытого контейнера с находящимся в нем ротором механического гироскопа от частоты вращения ротора. Время отдельных измерений ускорений 40 мс, период выборки от 0.5 до 1.0 мин. В диапазоне частот вращения 20-400 Гц преобладают отрицательные изменения ускорения свободного падения контейнера. На отдельных частотах наблюдаются “резонансные” максимумы и минимумы ускорения. Полученные результаты, по-видимому, противоречат принципу тождественности инертной и тяготеющей масс. Отмечена целесообразность развития баллистической гравиметрии высокого временного разрешения с использованием вращающихся либо колеблющихся пробных тел.

Keywords: gravimetry, gravity acceleration, weight, gyroscope, rotor.

PACS: 04.80.-y

Со времен Галилея измерения ускорения свободного падения (УСП) тел являются одной из главных методик количественного определения свойств тяготения. Точность современных гравиметров достигает единиц нм/c² и гравиметрия давно стала основой экспериментальной геофизики и геодезии [1]. Высокая чувствительность баллистических гравиметров обеспечивается, в основном, благодаря двум обстоятельствам. Во-первых, термо- и механической стабильностью конструкции гравиметров и их компонент, включая пробное тело. Во-вторых, большим временем интегрирования и большим числом регистрируемых гравиметрических данных (в лучших лазерных гравиметрах наблюдения ведутся сутками и число выборок исчисляется тысячами). В этих измерениях, конечно, предполагается, что параметры гравитационного поля Земли постоянны, по крайней мере, в течение времени измерений и что нередко наблюдаемый большой разброс измеряемых выборочных значений УСП обусловлен ошибками измерений, геофизическими и техногенными факторами, либо артефактами.

Результаты, полученные при больших временах наблюдения, хоть и дают рекордные значения точности измерений средних значений УСП, неинформативны в исследованиях кратковременных изменений поля гравитации. Такие изменения могут вызываться как внешними астрономическими воздействиями, так и сложными физическими процессами в ядре и объеме Земли. Гравиметрия высокого временного разрешения, например, на уровне десятых-сотых долей секунды, даст ценную информацию о нестационарных геофизических процессах, включая взаимосвязь гравитационного и магнитного полей Земли.

Следует отметить, что в баллистических измерениях УСП принципиальное значение имеет физическое состояние пробного тела. Ускоренное, обусловленное внешними упругими (электромагнитными по природе) силами, движение тела либо составляющих его микрочастиц влияет на измеряемый вес тела и ускорение его свободного падения. Такое “активное” состояние пробного тела создается при его нагревании (увеличении интенсивности хаотического движения составляющих его микрочастиц), вращении, колебаниях и ударных воздействиях [2-5].

Измерения ускорения свободного падения ротора механического гироскопа обычно производились с целью проверки “принципа эквивалентности” (обзор соответствующих публикаций приведен в [6]). Как правило, в этих экспериментах ось ротора располагалась вертикально, высокая точность измерений достигалась большим числом выборочных данных, а измерения УСП выполнялись в узком диапазоне частот вращения ротора.

Измерения ускорения свободного падения (либо веса) ротора с горизонтальной осью вращения интересны тем, что при этом ускоренное движение материальных частиц ротора происходит не поперек, а вдоль направления вектора силы тяжести. Именно в этих условиях возможно проявление “неклассических” свойств гравитации, в том числе, эффектов, которые могут рассматриваться как аналоги известных в электродинамике явлений индукции Фарадея и правила Ленца [7-9].

В нашем эксперименте измерялось ускорение свободного падения магнито- тепло- и звуко-изолированного контейнера с находящимся в нем ротором вакуумированного авиационного гироскопа [10]. Максимальная частота вращения ротора 400 Гц, время выбегания ротора 22 мин. Длина пути падения контейнера 30 мм, время отсчета выборочного значения ускорения силы тяжести около 40 мс, период выборки от 0.5 до 1.0 мин. Принцип измерений основан на фоторегистрации движения закрепленной на контейнере шкалы в виде трех горизонтальных нитей. При максимальной скорости падения контейнера 60 см/с и его габаритах 82х82х66 мм общее влияние плавучести и силы сопротивления воздуха на измерения УСП не превышало 0.1 см/с². Погрешность отдельных измерений УСП контейнера находилась в пределах 0.3-0.6 см/с² и, в основном, определялась точностью отсчетов времен регистрации импульсных сигналов при движении шкалы (около 1 мкс).

Пример экспериментальной частотной зависимости изменений УСП контейнера, содержащего ротор с горизонтальной осью вращения, показан на рисунке.

Частотная зависимость ускорения свободного падения ротора и неравенство инертной и тяжелой масс

Значение соответствует ускорению свободного падения контейнера с неподвижным ротором; измерения УСП контейнера при неподвижном роторе проводились до раскручивания ротора и после времени его выбегания, при этом усредненные по результатам 10 измерений значения УСП контейнера с неподвижным ротором совпадали с точностью 0.05 %.

Особенностями частотной зависимости изменений УСП являются ее случайный характер, наличие узких экстремумов, наиболее заметных вблизи частот 320 и 360 Гц, и преобладание, в среднем, отрицательных значений . Данные результаты не противоречат ранее выполненным измерениям УСП контейнера, с двумя роторами, в которых при частотах вращения 380-350 Гц отмечалось заметное увеличение УСП [11]. Тенденция уменьшения величины изменения , усредненной за время выбегания ротора, также согласуется с данными измерений веса ротора, проводимых с использованием высокоточного компаратора [3].

Статистически значимое преобладание отрицательных средних значений наблюдалось в десятках серий проводимых измерений. Резонансный характер отрицательных изменений , отчетливо выраженный на частотах вращения около 320 Гц, также подтверждался в повторных экспериментах. Похожие закономерности наблюдаются и при вертикальной ориентации оси ротора, что, по-видимому, объясняется ненулевой вертикальной составляющей колебаний частиц массивного корпуса гироскопа при вращении ротора.

“Неклассические” свойства гравитации обнаруживаются именно в динамических экспериментах, в которых значительно влияние на пробное тело внешних негравитационных воздействий, и глубокая взаимосвязь гравитационного и электромагнитного полей выступает наиболее отчетливо. Развитие баллистической гравиметрии высокого временного разрешения с использованием вращающихся либо колеблющихся пробных тел будет способствовать более глубокому пониманию физики гравитации.

Выводы

Ускорение свободного падения контейнера с помещенным в нем ротором механического гироскопа, измеренное за время менее 0.05 с, значительно отличается от нормального ускорения силы тяжести и в диапазоне частот вращения ротора 20-380 Гц различие таких ускорений достигает нескольких единиц см/с².
Частотная зависимость изменения ускорения свободного падения контейнера (ротора) носит случайный, а на отдельных частотах вращения ротора, например, вблизи 320 Гц, резонансный характер. Как при вертикальной, так и при горизонтальной ориентациях оси вращения ротора, преобладает уменьшение ускорения свободного падения контейнера с вращающимся ротором.
Изменение, в том числе уменьшение (левитация), ускорения свободного падения закрытого контейнера с вращающимся ротором, по-видимому, противоречит принципу тождественности инертной и тяжелой масс тела.
Баллистические гравиметрические исследования, проводимые с высоким временным разрешением с использованием вращающихся либо колеблющихся пробных тел, информативны при измерениях динамических характеристик гравитационного поля Земли и способствуют развитию представлений о физике гравитационного взаимодействия.

Литература

W. Torge, Gravimetry, “Walter de Gruyter”, Berlin. New York, 1989.
A. L. Dmitriev, “On the Influence of the External Elastic (Electromagnetic) Forces on the Gravity”, Russian Physics Journal, Vol. 44, No 12, 1323 (2001).
A. L. Dmitriev and V. S. Snegov, “The Weighing of a Mechanical Gyroscope with Horizontal and Vertical Orientation of the Spin Axis”, Measurement Techniques, Vol. 44, No 8, 831 (2001).
A. L. Dmitriev, “Inequality of the Coefficients of Restitution for Vertical and Horizontal Quasielastic Impacts of a Ball Against a Massive Plate”, International Applied Mechanics. Vol. 3, No 6, 747 (2002).
A. L. Dmitriev, E. M. Nikushchenko and V. S. Snegov, “Influence of the Temperature of Body on Its Weight”, Measurement Techniques, Vol. 46, No 2, 115 (2003).
J. Luo, Y. X. Nie, Y. Z. Zhang and Z. B. Zhou, “Null result for violation of the equivalence principle with free-fall rotating gyroscopes”, Phys. Rev. D, Vol. 65, 042005 (2002).
A. L. Dmitriev, “Measurements of the Influence of Acceleration and Temperature of Bodies on Their Weight”, AIP Conference Proc., Vol. 969, 1163 (2008).
A. L. Dmitriev, “Analogue of Lenz’s Rule in Phenomenological Gravitation”, AIP Conference Proc., Vol. 1103, 345 (2009).
M. J. Pinheiro, “The Fourth Law of Motion in Classical Mechanics and Electrodynamics”, AIP Conference Proc., Vol. 1208, 359 (2010).
A. L. Dmitriev and E. M. Nikushchenko, “Frequency Dependence of Rotor’s Free Fall Acceleration” (in Press).
A. L. Dmitriev, E. M. Nikushchenko and S. A. Bulgakova, “Dynamic Weighing Experiments – the Way to New Physics of Gravitation“, AIP Conference Proc., Vol. 1208, 237 (2010).

на главную

Знаете ли Вы, что "гравитационное линзирование" якобы наблюдаемое вблизи далеких галактик (но не в масштабе звезд, где оно должно быть по формулам ОТО!), на самом деле является термическим линзированием, связанным с изменениями плотности эфира от нагрева мириадами звезд. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира