Несколько вопросов о планетах

[Dave]

Здравствуйте! Сразу же прошу не реагировать резко на мои вопросы (а также термины), которые, возможно, вам покажутся простыми или неправильными, т.к. я совсем не астроном и не физик, однако, просто решил поинтересоваться о том, чего не знаю/не понимаю)
Так вот, такие у меня три вопроса недавно образовались:

1. Первое, о чем хотелось бы спросить. Вот, есть закон Ньютона о возникновении силы тяготения у объектов, которые обладают массой. Т.е., насколько я понимаю, каждое тело, которое имеет какую-либо массу, создает силу притяжения. Значит, у планеты Земля, к примеру, есть свое гравитационное поле, и у всех нас оно есть, а также у всех остальных объектов, находящихся на этой планете. И вот в связи с этим возник вопрос: что же тогда именно считать "планетой Земля"? К примеру, у огромной скалы, если взять ее отдельно, как объект, будет иметься свое гравитационное поле. Но, будем утрированно считать, она "приделана" к Земле. В таком случае она входит в состав планеты Земля и уже не обладает своим гравитационным полем, а объединяется с общим гравитационным полем всех остальных объектов и веществ, которые в этот момент касаются друг друга, образуя Землю? Или к примеру, камень. Мы его подняли и кинули вверх. В этот момент он не является частью Земли и обладает свои полем? А как только приземлился на Землю, становится ее частью? Можно ли рассматривать ядро, мантию и т.д. как отдельные объекты, которые тоже притягиваются друг к другу, или же притянувшись друг к другу они становится как бы одним целым и их гравитационные поля объединяются? И что в таком случае считать планетой Земля - получается, все объекты, касающиеся друг друга в данный момент, начиная от самого ядра Земли и до самого "верха", будь то дом, скала или человек? Вот такой вот вопрос..)))

2. Вопрос про то почему планеты летают вокруг звезд и не останавливаются/не врезаются в звезды. Задавшись этим вопросом я естественно погуглил, нарвался на пару не очень доступных статей (а может и доступных, да я настолько глупый:)), поэтому прошу объяснить мне простым доступным языком некоторые моменты, которые я так и не понял. Итак, прочитал я, что планеты обладают некой определенной скоростью, которая, собственно и не позволяет им оторваться от гравитационного поля звезд, вокруг которых они вращаются, однако и не позволяют им "упасть" на них. Ок, это вроде как логично. Но возник вопрос - во-первых, есть ли в космосе сила трения? Предполагаю, что она все-таки есть, но, наверное крайне мала, чтобы сильно воздействовать на скорость планет (верно?). Ок, но тогда еще один вопрос - вот сама сила притяжения звезды, вокруг которой вращается планета, не вызывает ли торможение скорости полета этой планеты? И если не вызывает, то почему?)) (это наверное совсем школьная программа, понимаю)))

3. Ну и собственно третий мой вопрос) Почему планеты приобретают именно такую скорость, которая не позволяет им ни улететь, ни "упасть" на звезду? Когда, в какой момент и чем именно им придается такой "расчетливый" импульс, что они начинают именно вращаться вокруг какой-то определенной звезды?)

[Крупин]

    Можно поинтересоваться, учились ли Вы в школе и была ли у Вас физика? Да и насчёт математики тоже. Если по этим предметам познания нулевые, форум не поможет, сначала надо за партой посидеть.

[AlexOrex]

1)  А смысл разделять Землю на части? Тяготение объектов на ее поверхности ничтожно по сравнению с тяготением всей планеты. И ведет себя планета вполне целостно. Разве что для геологии, космонавтики и навигации нужно знать о гравитационных аномалиях, связанных с крупными массами гор, месторождений и т.д. Но их не выделяют, насколько я знаю, в отдельные тела, а рассматривают как изменения общего поля тяготения Земли.
2) Трения в чистом космосе нет. Есть немного межпланетной пыли и газа, оказывающих небольшое сопротивление. Есть приливное трение, регулирующее вращение и обращение планет (но при этом суммарная энергия движения в основном сохраняется, и это трение действует не всегда).
Сила притяжения звезды действительно может тормозить объекты, улетающие от нее вдаль. Но под действием притяжения Солнца планеты, улетев и затормозившись, начинают падать на звезду, снова разгоняются и проскакивают мимо нее, вновь отлетают в сторону и т.д. Так и движутся по эллиптическим орбитам. Если скорость, например, кометы, слишком высока, Солнце не успевает ее затормозить полностью и комета улетает за пределы Солнечной системы по параболической или гиперболической орбите. Если планета летит по кругу вокруг звезды, её скорость не меняется.
3) Импульс, насколько я понимаю, придало несимметричное сжатие под собственным тяготением первоначальной туманности, из которой образовались Солнце и планеты.
Почему этот импульс такой рассчетливый? -
Во-первых, естественный отбор - всё, что не удержалось на орбитах, уже давно упало на Солнце, планеты или улетело прочь из системы.
Во-вторых, система сама себя регулирует. Если взять какую-нибудь планету и притормозить её, планета начнет сползать к звезде, при падении разгонится и снова сможет удерживаться на орбите. Но сама орбита станет другой - более близкой к звезде и по-другому вытянутой, а скорость планеты при движении по ней увеличится.
Если ускорить планету, она захочет оторваться от звезды, но гравитация замедлит её, и планета перейдет на более высокую орбиту, по которой будет двигаться медленнее, чем по изначальной.

[polar]

Здравствуйте! Сразу же прошу не реагировать резко на мои вопросы (а также термины), которые, возможно, вам покажутся простыми или неправильными, т.к. я совсем не астроном и не физик, однако, просто решил поинтересоваться о том, чего не знаю/не понимаю)
Так вот, такие у меня три вопроса недавно образовались:

1. Первое, о чем хотелось бы спросить. Вот, есть закон Ньютона о возникновении силы тяготения у объектов, которые обладают массой. Т.е., насколько я понимаю, каждое тело, которое имеет какую-либо массу, создает силу притяжения. Значит, у планеты Земля, к примеру, есть свое гравитационное поле, и у всех нас оно есть, а также у всех остальных объектов, находящихся на этой планете. И вот в связи с этим возник вопрос: что же тогда именно считать "планетой Земля"? К примеру, у огромной скалы, если взять ее отдельно, как объект, будет иметься свое гравитационное поле. Но, будем утрированно считать, она "приделана" к Земле. В таком случае она входит в состав планеты Земля и уже не обладает своим гравитационным полем, а объединяется с общим гравитационным полем всех остальных объектов и веществ, которые в этот момент касаются друг друга, образуя Землю? Или к примеру, камень. Мы его подняли и кинули вверх. В этот момент он не является частью Земли и обладает свои полем? А как только приземлился на Землю, становится ее частью? Можно ли рассматривать ядро, мантию и т.д. как отдельные объекты, которые тоже притягиваются друг к другу, или же притянувшись друг к другу они становится как бы одним целым и их гравитационные поля объединяются? И что в таком случае считать планетой Земля - получается, все объекты, касающиеся друг друга в данный момент, начиная от самого ядра Земли и до самого "верха", будь то дом, скала или человек? Вот такой вот вопрос..)))

2. Вопрос про то почему планеты летают вокруг звезд и не останавливаются/не врезаются в звезды. Задавшись этим вопросом я естественно погуглил, нарвался на пару не очень доступных статей (а может и доступных, да я настолько глупый:)), поэтому прошу объяснить мне простым доступным языком некоторые моменты, которые я так и не понял. Итак, прочитал я, что планеты обладают некой определенной скоростью, которая, собственно и не позволяет им оторваться от гравитационного поля звезд, вокруг которых они вращаются, однако и не позволяют им "упасть" на них. Ок, это вроде как логично. Но возник вопрос - во-первых, есть ли в космосе сила трения? Предполагаю, что она все-таки есть, но, наверное крайне мала, чтобы сильно воздействовать на скорость планет (верно?). Ок, но тогда еще один вопрос - вот сама сила притяжения звезды, вокруг которой вращается планета, не вызывает ли торможение скорости полета этой планеты? И если не вызывает, то почему?)) (это наверное совсем школьная программа, понимаю)))

3. Ну и собственно третий мой вопрос) Почему планеты приобретают именно такую скорость, которая не позволяет им ни улететь, ни "упасть" на звезду? Когда, в какой момент и чем именно им придается такой "расчетливый" импульс, что они начинают именно вращаться вокруг какой-то определенной звезды?)

1. да, все верно

2. трение очень-очень-очень мало. Поэтому сохранение энергии и углового момента приводит к стабильности орбит

3. процесс обратный: те, кто получили нужны скорости, не улетели и не упали. прочее вещество, имевшее место после образования планет, или улетело, или упало.

[dims]

Или к примеру, камень. Мы его подняли и кинули вверх. В этот момент он не является частью Земли и обладает свои полем? А как только приземлился на Землю, становится ее частью?

Строго говоря, гравитационное поле от всех частиц просто складывается. Когда Вы подбрасываете вверх камень, то суммарное гравитационное поле его и земли немножечко изменяется, немножечко склоняется в сторону камня (вверх).

Но Вы делаете традиционную для нефизика ошибку -- не учитываете величину явления. Для Вас гравитационное поле либо есть, дибо его нет. А в физике очень важна величина.

Вы когда-нибудь чувствовали притяжение от камня или от горы? Нет. Это потому, что притяжение от этих объектов пренебрежимо мало. Только когда массы набирается очень много, с целую планету, вот тогда у неё появляется заметное гравитационное поле, о котором имеет смысл говорить.

Иными словами, дело не в контакте между частями, а в куммулятивном эффекте. Мириады песчинок, собравшись вместе, обладая каждая практически нулевой силой, вместе, в сумме, создают огромное тяготение, которое удерживает Луну на орбите!

Можно ли рассматривать ядро, мантию и т.д. как отдельные объекты, которые тоже притягиваются друг к другу, или же притянувшись друг к другу они становится как бы одним целым и их гравитационные поля объединяются?

Вне зависимости от того, есть ли контакт между частями или нет, гравитационные поля всегда складываются. В среднем можно считать, что источником поля является центр масс.

Итак, прочитал я, что планеты обладают некой определенной скоростью, которая, собственно и не позволяет им оторваться от гравитационного поля звезд, вокруг которых они вращаются, однако и не позволяют им "упасть" на них. Ок, это вроде как логично. Но возник вопрос - во-первых, есть ли в космосе сила трения? Предполагаю, что она все-таки есть, но, наверное крайне мала, чтобы сильно воздействовать на скорость планет (верно?).

Верно. Не только сила трения крайне мала, но и планеты крайне велики.

Ок, но тогда еще один вопрос - вот сама сила притяжения звезды, вокруг которой вращается планета, не вызывает ли торможение скорости полета этой планеты? И если не вызывает, то почему?))

Не вызывает. Никто не знает, почему. Таков закон природы: гравитация тянет Землю к Солнцу, а двигаться поперёк -- не мешает.

3. Ну и собственно третий мой вопрос) Почему планеты приобретают именно такую скорость, которая не позволяет им ни улететь, ни "упасть" на звезду? Когда, в какой момент и чем именно им придается такой "расчетливый" импульс, что они начинают именно вращаться вокруг какой-то определенной звезды?)

Грубо говоря, солнечная система образовалась из облака газа и пыли. В этом облаке постепенно, засчёт гравитации, образовывались комки. Они летали по всевозможным орбитам. Но те, что падали, те за много миллиардов лет упали. Остались только несколько, на стабильных орбитах, они притянули себе почти всю оставшуюся пыль и газ.

Но не весь. Строительный материал остался -- это астероиды, кометы и другие малые тела...

[taurus]

Третий вопрос хороший.  Мне сразу вспомнился антропный принцип и теория ландшафтов.

[Павел Кирпиченко]

3. процесс обратный: те, кто получили нужны скорости, не улетели и не упали. прочее вещество, имевшее место после образования планет, или улетело, или упало.

Интересный момент с кометами, некоторые из них улетели так далеко от Солнца, что достигли фактически межзвездного пространства. Но тем не менее остались удерживаемые Солнцем гравитационно. Да, да... Я про облако Оорта... 

[Dave]

Спасибо всем, кто ответил!
Хотелось бы прокомментировать некоторые из ответов.
1) понял, что уважаемый товарищ Крупин настолько спешил показать превосходство своего ума, что второпях, видимо, забыл прочесть второе предложение моего сообщения) Ну, дай Вселенная ему здоровья)
2) AlexOrex писал:

Если ускорить планету, она захочет оторваться от звезды, но гравитация замедлит её

, в то время как dims ответил на мой вопрос, не вызывает ли гравитация на торможения скорости полета планеты:

Не вызывает. Никто не знает, почему. Таков закон природы: гравитация тянет Землю к Солнцу, а двигаться поперёк -- не мешает.

Таким образом, я делаю вывод, что кто-то из вас, господа, не прав. Подозреваю, что AlexOrex.))
3) Отдельное спасибо Сергею Попову за лаконичные ответы)
4) dims писал:

Но Вы делаете традиционную для нефизика ошибку -- не учитываете величину явления. Для Вас гравитационное поле либо есть, дибо его нет. А в физике очень важна величина.

Вы когда-нибудь чувствовали притяжение от камня или от горы? Нет. Это потому, что притяжение от этих объектов пренебрежимо мало. Только когда массы набирается очень много, с целую планету, вот тогда у неё появляется заметное гравитационное поле, о котором имеет смысл говорить.

Вы знаете, позволю здесь не согласиться с вами, т.к. я понимаю прекрасно, что пренебрегать можно всеми этими величинами для решения каких-то определенных физических задач. Я же интересовался именно о том, есть это гравитационное поле или нет. И в данном случае не важна его величина. Меня именно интересовала природа гравитационного поля. В итоге, насколько я понял, гравитационные поля все складываются и, как было сказано выше, источником является центр масс. Этот ответ для меня является довольно логичным. И возникает еще один вопрос - просто интересно, доказано ли это где-то кем-то?

5)

Не вызывает. Никто не знает, почему. Таков закон природы

Вот этот ответ мне больше всех понравился своим вторым предложением)) На самом деле, еще со школы меня прилично смущал тот факт, что люди так и не могут в итоге докопаться до сути вещей и принимают какие-то положения за аксиомы...

6) Ну и про импульс я тоже понял, что, выражаясь простым языком, нашей планете и всем остальным "на халяву" повезло приобрести именно такие скорости, какими они обладают.

7) Появился еще один вопрос: если сила трения все же есть, хоть она и мала, то интересно все-таки насколько она мала. Скажем так, из передач по ТВ я узнал, что, грубо говоря, однажды Солнце начнет расширятся и в один прекрасный день достигнет и Земли, покончив с его существованием, а потом, если не ошибаюсь, Солнце в итоге должно взорваться. Так вот интересно: сможет ли сила трения в космосе до того, как Солнце начнет расширятся и существенно влиять на движение Земли, заставить существенно затормозить Землю, или к тому моменту скорость Земли останется все же почти что прежней?

[taurus]

2) Dave, увы, правы оба - и AlexOrex, и dims, а вы - нет.

Сила тяжести коренным образом отличается от трения: сила тяжести консервативная сила. Это значит, что она не рассеивает энергию: сначала она может, конечно, затормозить тело (например, камень, брошенный вверх), но потом его разгонит (на обратном пути вниз) до прежней скорости. А трение безвозвратно рассеивает энергию и тормозит тело "навсегда".

Итого: сила тяготения не тормозит планеты в "вековых" масштабах времени.

7) Сила трения в космосе пренебрежимо мала. Совсем пренебрежимо, это не комар, налетающий на слона, и даже не песчинка под колесами бронепоезда. В космосе есть масса факторов, оказывающих гораздо более сильное влияние на движение планет - в основном, это гравитационное воздействие от других планет и от собственных спутников.

Размышлять о трении в раздувающейся оболочке пожилого Солнца дело тоже, похоже, бесперспективное: когда начинает испаряться литосфера планеты и начинает стремительно уменьшаться ее масса, трение, вероятно, будет давать эффект второго порядка малости.

5) Школьное впечатление, что "наука (физика) знает все" - ложное впечатление. Многие, особенно фундаментальные, положения принимаются на веру. Просто привыкли к эмпирической данности. Хотя развитие науки в том и заключается, что и этим "привычкам" рано или поздно дается объяснение.

Вообще, это вопросы не науки, а философии науки, и вопросы эти нетривиальны: можно ли "объяснить всё" или по мере "объяснения всего" непрерывно появляется новое необъяснённое? совместимы ли "в пределе" объяснения сделанные с разных исходных точек (например, квантовая и волновая теории света оказались совместимы; получится ли так всегда)? есть ли "необъяснённое", которое в принципе необъяснимо?

[AlAn]

5) Школьное впечатление, что "наука (физика) знает все" - ложное впечатление. Многие, особенно фундаментальные, положения принимаются на веру.

Небольшой офтоп:
На экзамене профессор спрашивает студента:"Молодой человек, что такое электричество?"
студент:"Извините, профессор, я знал, но забыл..."
Профессор:"Вы уж, батенька, пожалуйста вспомните. Вы единственный человек, который это знал, но и тот забыл!"

[Dave]

taurus писал:

2) Dave, увы, правы оба - и AlexOrex, и dims, а вы - нет.

Сила тяжести коренным образом отличается от трения: сила тяжести консервативная сила. Это значит, что она не рассеивает энергию: сначала она может, конечно, затормозить тело (например, камень, брошенный вверх), но потом его разгонит (на обратном пути вниз) до прежней скорости. А трение безвозвратно рассеивает энергию и тормозит тело "навсегда".

Либо я чего-то не понял, либо вы меня не поняли. Вы мне описали ситуацию с камнем брошенным вверх... но я как бы немного о другом спрашивал. Ну что ж, тогда я поставлю вопрос по-другому: если камень бросить перпендикулярно к действующей на него силе гравитации Земли, т.е. примерно вдоль поверхности Земли, и при этом пренебречь силой трения воздуха и остальными факторами, то, как я понимаю, у камня три пути: либо он опустится в итоге на Землю, либо достигнет нужной скорости и начнет вращаться вокруг Земли как Луна, либо улетит прочь в космос, если скорость будет еще больше. Так вот, разберем первый случай: бросаем камень сильно, но недостаточно сильно чтобы он смог вращаться подобно Луне, и камень будет лететь вокруг Земли, постепенно снижая свою высоту полета. ТАК ВОТ: будет камень снижать только высоту полета или же скорость тоже будет снижаться?

п.с. Забегая вперед, я так понял что снижаться его скорость не будет. Тогда о чем вы говорите? О некоем частном случае, когда камень брошен под углом 180° к силе гравитации? Ну, кстати, вы и натолкнули на общий вывод обо всем этом: получается, почему-то гравитация будет "тормозить" объект только если он двигается под углом от 90° до 180°. А если угол равен или меньше 90°, то уже торможения происходить не будет. Ну, во всяком случае этот вывод пока что напрашивается из всего того, что здесь было сказано всеми участниками обсуждения по этому поводу, я конечно могу и не прав оказаться)

[taurus]

У камня брошеного горизонтально есть ДВА пути: или улететь навсегда, или вечно крутиться вокруг Земли. Траектория "кручения" вечна и неизменна - это эллипс. Случай, когда на траектории встретится препятствие (например, поверхность самой земли или стенка) мы не рассматриваем.

Вариант "лететь вокруг Земли, постепенно снижая свою высоту полета" неверен.

[dims]

В итоге, насколько я понял, гравитационные поля все складываются и, как было сказано выше, источником является центр масс.

Точнее будет сказать так: гравитационные поля складываются,  причём закон их образования и сложения таков, что можно ввести понятия центра масс, а центр масс, по определению, это такая воображаемая точка, которая как будто бы является источником суммарного гравитационного поля на удалении от этих масс.

Вот, например, свет от источников тоже складывается. Но его свойства и свойства его сложения таковы, что множество источников света нельзя представить, как один источник. Люстру нельзя представить, как одну яркую лампочку -- глаз видит целую люстру, обнаруживает каждую лампочку в отдельности.

С гравитационным полем так нельзя, Вы не можете построить (удалённый) детектор, который "увидит" каждую массу отдельно.

И возникает еще один вопрос - просто интересно, доказано ли это где-то кем-то?

Конечно. Это элементарная школьная физика -- законы Ньютона плюс его же закон Всемирного тяготения.

На самом деле, еще со школы меня прилично смущал тот факт, что люди так и не могут в итоге докопаться до сути вещей и принимают какие-то положения за аксиомы...

За аксиомы принимается набор необъяснимых на данный момент экспериментальных фактов. Постепенно, с расширением наших познаний, некоторые из этих фактов получают объяснение.

Так вот интересно: сможет ли сила трения в космосе до того, как Солнце начнет расширятся и существенно влиять на движение Земли, заставить существенно затормозить Землю, или к тому моменту скорость Земли останется все же почти что прежней?

Я не знаю. Солнце станет Красным гигантом через 5 миллиардов лет. Нужно подумать, что станет с Земной орбитой за это время. В году 30 миллиардов миллисекунд. Значит, если год от года год меняется из-за трения хотя бы на 6 миллисекунд, то это сравнимые по длительности процессы.

[Dem]

Вот, например, свет от источников тоже складывается. Но его свойства и свойства его сложения таковы, что множество источников света нельзя представить, как один источник. Люстру нельзя представить, как одну яркую лампочку -- глаз видит целую люстру, обнаруживает каждую лампочку в отдельности.

С гравитационным полем так нельзя, Вы не можете построить (удалённый) детектор, который "увидит" каждую массу отдельно.

Наоборот.
Если люстра далеко - то отдельных лампочек не разглядеть. Точно так же когда несколько тел далеко - их можно считать единой массой, находящейся в центре масс.
А когда близко - появляются всякие хитрые эффекты.

[AlexOrex]

Если люстра далеко - то отдельных лампочек не разглядеть. Точно так же когда несколько тел далеко - их можно считать единой массой, находящейся в центре масс.
А когда близко - появляются всякие хитрые эффекты.

А если так: Солнце вблизи (да и не совсем вблизи) нельзя считать точечным источником света, а гравитационным - можно с хорошей точностью (точка - центр масс).
Когда тело неоднородное - другое дело. Естественно, гравиполя тел сливаются только на значительных расстояниях (с поверхности Ио мы на центр масс системы Юпитера не упадем )

[Маринер-9]

У камня брошеного горизонтально есть ДВА пути: или улететь навсегда, или вечно крутиться вокруг Земли. Траектория "кручения" вечна и неизменна - это эллипс. Случай, когда на траектории встретится препятствие (например, поверхность самой земли или стенка) мы не рассматриваем.

Вариант "лететь вокруг Земли, постепенно снижая свою высоту полета" неверен.

1. «Можно ли рассматривать ядро, мантию и т.д. как отдельные объекты,»
Можно. Даже каждую песчинку, независимо от того, лежит она или подброшена. При расчёте движения Земли считают движение центра масс системы Земля – Луна (Луна – огромная падающая песчинка..)

2. Трение есть. Это нано- и макро- частицы, отнимающие у Земли часть энергии (потенциальная + кинетическая). При расширении Солнца трение станет настолько большим, что Земля упадёт на него, двигаясь по спирали.
   Камень, летящий вокруг Земли " постепенно снижая свою высоту полета" – это ИСЗ на низких орбитах. Они тормозятся трением атмосферы

3 «6) Ну и про импульс я тоже понял, что, выражаясь простым языком, нашей планете и всем остальным "на халяву" повезло приобрести именно такие скорости, какими они обладают.»
   Здесь действуют закономерности, связанные с рождением планетной системы. Вам тоже повезло "на халяву" родится человеком, а не баобабом.

[dims]

Люстру нельзя представить, как одну яркую лампочку -- глаз видит целую люстру, обнаруживает каждую лампочку в отдельности.

Наоборот.
Если люстра далеко - то отдельных лампочек не разглядеть.

Это -- лишь недостаток человеческого глаза. В достаточно большой телескоп всегда можно разглядеть отдельные лампочки.

Точно так же когда несколько тел далеко - их можно считать единой массой, находящейся в центре масс.
А когда близко - появляются всякие хитрые эффекты.

Гравитационная сила -- это всегда 1 вектор. Он всегда направлен в одном каком-то то направлении. Имея эту информацию, невозможно "разглядеть" составляющие массы.

[dims]

А, да, ошибся. Конечно, гравитационное поле вблизи тела нельзя заменить на поле центра масс. Однако, всё-же, гравитационные поля складываются не так, как свет.

[xd]

Гравитационное поле - это векторное поле. И над ним применимы дифференциальные операции, которые позволяют определить локальную структуру поля в окрестности произвольной точки.

[dims]

Мы не про структуру поля говорим, а про структуру его источников.