ექვივალენტობის პრინციპი

 ყველას გადაგვიტანია უცნაური ფიზიკური შეგრძნება სწრაფმავალ ლიფტში ყოფნისას: როცა ლიფტი ზემოთ იწყებს ასვლას(ან ქვემოთ მოძრაობისას ამუხრუჭებს), თითქოს იატაკს ვეკვრით და გვეჩვენება, რომ უეცრად დავძიმდით. დამუხრუჭების დროს ზევით მოძრაობისას(ან სტარტისას ქვემოთ მოძრაობით) ლიფტის იატაკი თითქოს ფეხებიდან გვეცლება. ამ დროს თქვენ, ინერტული და გრავიტაციული მასების ექვივალენტობის პრინციპის ზემოქმედებას განიცდით. როცა ლიფტი ზემოთ იწყებს სვლას, ის აჩქარებით მოძრაობს, რაც ათვლის არაინერციულ სისტემაში თავისუფალი ვარდნის აჩქარებას ეჯამება, დაკავშირებულს ლიფტთან, რის გამოც თქვენი წონა იზრდება(წონა საყრდენზე მოქმედი ძალაა, ხოლო მასა ნივთიერების რაოდენობა ერთეულ მოცულობაში). თუმცა, აიღებს თუ არა ლიფტი თავის მაქსიმალურ სიჩქარეს, ის თანაბარაჩქარებულ მოძრაობაში გადადის, წონაში „მატება“ ქრება, და ჩვენთვის ჩვეულ მნიშვნელობას უბრუნდება. ანუ, აჩქარება იგივე ეფექტს იწვევს, როგორსაც გრავიტაცია.

 ახალა წარმოიდგინეთ, რომ ღია კოსმოსში ხართ, შორს რაიმე არსებითი მნიშვნელობის გრავიტაციული ველებისგან, თან თქვენი ხომალდი 9,8 მ/წმ2 აჩქარებით მოძრაობს. თუ თქვენ სასწორზე დადგებით, აღმოაჩენთ, რომ მაჩვენებელი დედამიწაზე ყოფნისას დაფიქსირებულისგან არ განსხვავდება. ხელიდან გაშვებული სფეროც თანაბარაჩქარებით იმოძრავებს, როგორც დედამიწაზე, აჩქარებით 9,8 მ/წმ2, ანუ მისი ვარდნის დინამიკა დედამიწისეულისგან არ განსხვავდება. ექვივალენტობის პრინციპი სწორედ ამას ამბობს, რომ, ჩაკეტილ სისტემაში ყოფნისას, ვერ გაარჩევთ, თავისუფლად ვარდნილი სხეულის აჩქარება ამ სისტემაში, გრავიტაციისგან არის გამოწვეული თუ  ეს არაინერციული ათვლის სისტემის საკუთარი აჩქარებაა, რომელშიც თქვენ იმყოფებით, სხვაგვარად რომ ვთქვათ, ინერციის ძალის მოქმედებით არის განპირობებული.

 ექვივალენტობის პრინციპიდან საინტერესო წინასწარმეტყველება გამომდინარეობს, სინათლის მოძრაობასთან დაკავშირებით გრავიტაციულ ველში. წარმოიდგინეთ, რომ აჩქარებულად მოძრაობისას ზევით, როცა ლიფტი დაიძვრება, თქვენ, სინათლის იმპულსს(მაგალითად, ლაზერული მაჩვენებლით) საწინააღმდეგოდ მდებარე კედელზე დაკიდებული სამიზნისკენ აგზავნით. დროის განმავლობაში, სანამ სინათლის იმპულსი გზაშია, სამიზნე ლიფტთან ერთად ჩქარდება, ლაზერის წერტილი კი სამიზნეს დაბლა აინთება.(რა თქმა უნდა, დედამიწის პირობებში თქვენ ასეთ მცირე გადახრას ვერ შეამჩნევთ, უბრალოდ ჩავთვალოთ, რომ თქვენ მიკრონის მეათასედ გადახრასაც კი ამჩნევთ). ახლა, თუ გრავიტაციისა და აჩქარების ექვივალენტობის პრინციპს დავუბრუნდებით, შეიძლება დავასკვნათ, რომ სინათლის სხივის გადახრის იგივე ეფექტი არა მარტო არაინერციულ ათვლის სისტემაში უნდა დაიმზირებოდეს, არამედ გრავიტაციულ ველშიც. სინათლის სხივისთვის, გრავიტაციისა და ინერციის ექვივალენტობის განზოგადოებული პრინციპის მიხედვით, რომელიც აინშტაინმა ფარდობითობის ზოგადი თეორიის პოსტულატების რიგში შეიყვანა, ვარსკვლავიდან გამოსხივებული სინათლის გადახრა, რომელიც მზის კიდესთან ახლოს გადის, 1,75 კუთხურ წამს უნდა შეადგენდეს(გრადუსის მეორიათასედი დაახლოებით), მაშინ, როცა ნიუტონის კლასიკურ მექანიკაში სხივი იმიტომ უნდა გადაიხაროს, რომ მას მასა აქვს, ოღონდ გაცილებით მცირე კუთხით(0,9 კუთხური წამი). ამიტომაც, გაზომვები, ჩატარებული სერ არტურ ედდინგთონის მიერ(Arthur Eddington, 1882–1944), 1919 წლის მზის სრული დაბნელებისას, სხივის გამოვლენილი გადახრით 1,6 კუთხური წამი, ფარდობითობის ზოგადი თეორიის ტრიუმფალურ ექსპერიმენტულ მტკიცებულებად იქცა.

 ანალოგიური განსჯით, რთული არ იქნება დავინახოთ რას წინასწარმეტყველებს ექვივალენტობის პრინციპი, რომ სინათლის სხივის სპექტრში, რომელიც შემცირებადი გრავიტაციული ველისკენ არის მიმართული(დედამიწის შემთხვევაში ზევით), წითელი წანაცვლება(დოპლერის ეფექტი) უნდა დაიმზირებიდეს, რამაც ექსპერიმენტული დადასტურება ასევე მოიპოვა.

 ექვივალენტურობის პრინციპი, ფარდობითობის ზოგადი თეორიის მხოლოდ ერთი პოსტულატია. ის გრავიტაციული და თანაბარაჩქარებული მოძრაობის ეფექტებით შემოიფარგლება, თუმცა ექვივალენტობის პრინციპის ყოველი მტკიცებულება ამავდროულად, ფარდობითობის ზოგადი თეორიის მტკიცებულებაც არის.

სხეულის წონა

 წონა არის ძალა, რომლითაც სხეული აწვება საყრდენს, საკიდელს ან რაიმე სხვა სამაგრს, წარმოიქმნება გრავიატაციულ ველში. უძრავი სხეული წონა P, სხეულზე მოქმედი მიზიდულობის ძალის ტოლფასია, პროპორციულია მასისა და თავისუფალი ვარდნის აჩქარებისა მოცემულ წერტილში: P=mg.

სითხესა და აირში სხეულის წონაზე არქიმედეს ამომგდები ძალა ზემოქმედებს, ამ დროს სხეულის წონა გამოძევებული სითხის ან აირის წონის მაჩვენებლით მცირდება.

 თუ სხეული არ ჭიმავს საკიდელს და არ აწვება საყრდენს, მაშინ მისი წონა ნულის ტოლია. სხეულის ასეთ მდგომარეობას უწონობას უწოდებენ. უწონობის მდგომარეობაშია ყველა ის სხეული, რომელზეც აღარ მოქმედებს მიზიდულობის(შორს არის პლანეტიდან ან სხვა მასიური ობიექტიდან) ძალა ან თავისუფალი ვარდნის მდგომარეობაშია. თუ რეზინის ზონარს ხელს გავუშვებთ, იგი დაიწყებს ვარდნას და ზონარი გაუჭიმავ მდგომარეობაში აღმოჩნდება, ანუ ზონარი ტვირთთან ერთად უწონობის მდგომარეობაშია.

 დედამიწის ორბიტაზე მოძრავ კოსმოსურ ხომალდში მყოფი ასტრონავტები, უწონობის მდგოამრეობაში არიან. ისინი კოსმოსურ აპარატთან ერთად  თავისუფლად ვარდებიან დედამიწისკენ და ამავე დროს მოძრაობენ დედამიწის გარშემო. მეორეს მხრივ, რაკეტის სტარტისას კოსმონავტების წონა რამდენჯერმე იზრდება მნიშვნელოვანი აჩქარების გამო.

გადატვირთვა

 სიმძიმის ძალის საპირისპირო მიმართულებით აჩქარებულად მოძრავი სხეულის წონის შეფარდებას ამავე სხეულის სიმძიმის ძალასთან გადატვირთვა ეწოდება. გადატვირთვას თავისუფალი ვარდნის აჩქარების ერთეულებშიც გამოხატავენ – g. გადატვირთა g=0, როცა სხეული თავისუფალი ვარდნის მდგომარეობაშია მხოლოდ გრავიტაციული მიზიდულობის ზემოქმედების ქვეშ, ანუ უწონობის დროს.

 გადატვირთვა უარყოფითად მოქმედებს ადამიანის ორგანიზმზე. ადამიანის ფიზიოლოგიური შესაძლებლობების ზღვარი, დიდი ხნით მოქმედი გადატვირთვის დროს 8–10g-ს უტოლდება. გადატვირთვის შემთხვევაში გაუვარჯიშებელი ადამიანი დროებით კარგავს მხედველობას და გონებას. გადატვირთვასთან დაკავშირებულ უარყოფით ფიზიოლოგიურ ზემოქმედებას სპეციალურად მომზადებული ასტრონავტი გაცილებით ადვილად იტანს იმიტომ, რომ კაბინაში მისი სხეული აჩქარების მიმართულების მართობულად არის ორიენტირებული. ამ შემთხვევაში კოსმონავტი უძლებს წონის 10-12-ჯერად მატებას.

თანაავტორი: გიორგი ბიღიაშვილი.

Leave a Reply

თქვენი ელფოსტის მისამართი გამოქვეყნებული არ იყო. აუცილებელი ველები მონიშნულია *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.