ЭлементыЭлементы большой науки
Жизнь в науке. Дневники
Главная / Дневники / Роман / Запись

ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ ЦЕНТРИФУГИ

10.05.2006
14:38
Вчера читал учебник по биохимии. Попалась фраза, что-то вроде: "В мощном гравитационном поле ультрацентрифуги происходит разделение частиц". Теперь вот интересно: неужели действительно придание центробежного ускорения интерпретируется как создание гравитационного поля?

Дополнено 11.05.06
На всякий случай привожу источник и цитату.
Бохински Р. Современные воззрения в биохимии: Пер. с англ. - М.: Мир, 1987. - 544с.
стр. 102:
"Однако для этого метода нужно дорогое оборудование - аналитическая ультрацентрифуга с устройством для наблюдения и фоторегистрации скорости седиментации белков в мощном гравитационном поле (50000-500000g) при очень высоких скоростях вращения (20000-70000 об/мин)".
Ответить предыдущая | следующая

КОММЕНТАРИИ:

10.05.2006 22:24#
voix
Гравитационное поле центрифуги
Если только в смысле искусственная "гравитация" :)
11.05.2006 12:20#
sergeygubanov
Гравитационное поле центрифуги

> неужели действительно придание центробежного ускорения интерпретируется как создание гравитационного поля?

В физике это называется принцип эквивалентности.

11.05.2006 13:47#
voix
Гравитационное поле центрифуги
> В физике это называется принцип эквивалентности

Вы полагаете, что у тела, разогнанного на центрифуге, увеличивается гравитационное поле :)?

Об этом еще можно говорить для релятивистских скоростей, но не для центрифуги, которая используется в биохимии. Пусть даже если она и ультрацентрифуга :).
11.05.2006 14:16#
panaioty
Гравитационное поле центрифуги
Должен заметить автору комментария, что "релятивисткие скорости" весьма неудачный термин. Любые скорости относительны, то есть релятивистские. Более того, даже скорости порядка 1мм/с могут демонстрировать релятивистские эффекты. Примером тому служит магнитное поле тока.
А в центрифуге также присутствует релятивистский эффект ОТО.
11.05.2006 14:27#
voix
Гравитационное поле центрифуги
> А в центрифуге также присутствует релятивистский эффект ОТО

...который создает "мощное гравитационное поле"?
11.05.2006 14:53#
panaioty
Гравитационное поле центрифуги
Если Вы сидите внутри центрифуги, то приборы покажут вам наличие гравитационного поля, ускорение свободного падения которого в тысячи раз превышает земное g.
11.05.2006 19:00#
voix
Гравитационное поле центрифуги
> Если Вы сидите внутри центрифуги, то приборы покажут вам наличие гравитационного поля

Если центрифуга в невесомости и в вакууме, то вам может показаться странным, что несмотря на такое "гравитационное" поле, тела, которые не соприкасаются со стенками центрифуги, на вас не падают.
13.05.2006 14:15#
panaioty
Гравитационное поле центрифуги
Если стенки вращающейся центрифуги для вас неподвижны, то они таки падают.
13.05.2006 21:49#
voix
Гравитационное поле центрифуги
А нет у центрифуги других стенок :о), кроме боковых дисков и "пола", на котором наблюдатель сидит в скафандре.

И все эти стенки для наблюдателя неподвижны. А тела, которые с этими стенками не соприкасались, ни до начала вращения, ни после, "падать" не станут.
14.05.2006 12:17#
panaioty
Гравитационное поле центрифуги
Тогда они будут двигаться по окружности со всеми вытекающими последствиями в Вашей системе отсчета.
14.05.2006 13:04#
voix
Гравитационное поле центрифуги
> Тогда они будут двигаться по окружности

.. и тем самым наблюдатель безо всяких приборов поймет, что гравитация в центрифуге не настоящая.

Мне не понятен смысл примера человека в лифте, который инерцию не может отличить от гравитации. Когда есть пример человека в центрифуге, который это прекрасно может сделать.

А еще непонятно, почему принята эквивалентность инерции с гравитационной массой, а не с электрическим зарядом? Почему пространство не искривляет электрическое поле?
15.05.2006 11:31#
sergeygubanov
Гравитационное поле центрифуги

> Мне не понятен смысл примера человека в лифте, который инерцию не может отличить от гравитации. Когда есть пример человека в центрифуге, который это прекрасно может сделать.

Инерция от гравитации не отличается только в бесконечно малом: на точечную частицу гравитация и инерция влияет одинаково. Не точечные - макроскопические приборы инерцию от гравитации отличить могут, в том числе и в лифте.

> А еще непонятно, почему принята эквивалентность инерции с гравитационной массой, а не с электрическим зарядом? Почему пространство не искривляет электрическое поле?

Вам это не понятно по какой причине? Вы II том Ландау Лифшица изучили?

15.05.2006 14:18#
voix
Гравитационное поле центрифуги
> Вы II том Ландау Лифшица изучили?

А без помощи 2 тома вы объяснить не можете ;)?

Какие соображения были у Эйнштейна предпочесть гравитационное поле электростатическому?
Для электрона, который падает на ядро, ведь также наступает невесомость, только электрическая.
И центробежную силу электрон вполне может принять за электрическое притяжение..
15.05.2006 14:52#
sergeygubanov
Гравитационное поле центрифуги

> А без помощи 2 тома вы объяснить не можете ;)?

Не не могу, а не буду.

Хотя именно II том здесь не принципиален. Можно было бы рассмотреть какую-нибудь другую книгу по теории поля, тяготению и дифференциальной геометрии.  Например:

"Гравитация" - Мизнер, Торн, Уиллер;

"Математическая теория чёрных дыр" - Чандрасекар.

Ещё могу порекомендовать очень компактную книгу Бурланкова Дмитрия Евгеньевича:

Динамика пространства. Монография 2005г. 179 стр.

http://www.phys.unn.ru/docs/SpaceBook.pdf  (1 089 244 bytes)

15.05.2006 21:49#
voix
Гравитационное поле центрифуги
С черными дырами у меня особые отношения :)

Во-первых, для сторонних наблюдателей, коими мы являемся, коллапс черной дыры никогда не завершится, т.к. для этого требуется бесконечное время. А как известно время существования Вселенной конечно. Таким образом, сформировавшихся черных дыр во Вселенной не существует.

Во-вторых, понятие бесконечной плотности в так называемой сингулярности, на мой взгляд, является понятием математическим, а не физическим. Без сингулярности же черных дыр, как мне пояснили, не бывает.

И потом, эта непоследовательность. Сначала черная дыра ничего не излучает, собственно потому и черная. Потом, оказывается, через непроходимый радиус Шварцшильда, какое-то тепловое излучение все же проходит. И черная дыра получается не такой уж и черной :).

Кстати, из литературы по черным дырам я успел ознакомиться с "Физикой черных дыр" Новикова-Фролова. Да и здесь девушка ka-ina попыталась запихнуть в свой блог научно-популярное произведение о черных дырах того же Новикова.
16.05.2006 12:21#
Гравитационное поле центрифуги
"Какие соображения были у Эйнштейна предпочесть гравитационное поле электростатическому?"
Попытки ввести дополнительные измерения для описания эл.-маг. явлений, со всеми вытекующими из этого последствиями, начались еще в 30-х годах. Но Альберту этот подход, по-моему, не очень нравился.
11.05.2006 15:03#
sergeygubanov
Гравитационное поле центрифуги

>Вы полагаете, что у тела, разогнанного на центрифуге, увеличивается гравитационное поле :)?

Гравитационного поля не создаётся - тензор кривизны пространства-времени там по прежнему равен нулю, что до включения центрифуги, что после. Однако, согласно принципу эквивалентности, эффект оказываемый гравитационным полем (искривлением пространства-времени) эквивалентен эффекту от перехода в неинерциальную систему отсчёта. Система отсчёта покоящаяся относительно вращающейся центрифуги - неинерциальная. Поэтому, пользуясь принципом эквивалентности, и можно сказать, что тела находящиеся внутри центрифуги, как буд-то бы находятся в соответствующем гравитационном поле.

Отличить истинное гравитационное поле (неравенство нулю тензора кривизны) от кажущегося (из-за неинерциальности системы отсчёта) можно, например, исследовав его убывание с расстоянием, т.е. нужно провести довольно масштабное (нелокальное) исследование. Находясь же в бесконечно малой окрестности какой-то одной выбранной точки невозможно отличить истинное гравитационное поле от эффектов неинерциальности - вот в чём смысл принципа эквивалентности.

>для релятивистских скоростей

Релятивизм тут совершенно ни при чём.

11.05.2006 15:17#
panaioty
Гравитационное поле центрифуги
Не могли бы более подробно разъяснить чем отличается истинное гравитационное поле от кажущегося?
Сокращение продольных размеров движущейся линейки по вашему кажущееся или все-таки истинное?
11.05.2006 16:20#
sergeygubanov
Гравитационное поле центрифуги

>Не могли бы более подробно разъяснить чем отличается истинное гравитационное поле от кажущегося?

Гравитационное поле - это кривизна пространства-времени - тензор кривизны Римана. Если тензор кривизны равен нулю, то гравитационного поля нет. Так сказать, "кажущимся" гравитационным полем я здесь обозвал эффекты наводимые просто неинерциальностью системы остчёта. Дело в том, что на точечную (бесконечно малую) частицу кривизна пространства и неинерциальность оказывают одинаковое воздействие. А вот на протяженные материальные объекты (не точечные) кривизна и неинерциальность влияют по разному. Например, следя за траекториями свободного движения (падения) нескольких точечных частиц, удалённых друг от друга на достаточное расстояние, можно будет сделать вывод искривлено пространство или нет. Вот, например, как находясь в комнате "без окон без дверей" узнать находится ли эта комната в гравитационном поле Земли или она равномерно ускоряется в ракете с ускорением равным g? То есть истинное ли гравитационное поле (искривлено ли пространство) или кажущееся (мы просто в неинерциальной системе сидим)? Отличить эти две ситуации можно следующим образом. В гравитационном поле Земли пробные точечные частицы падают к центру Земли. Стало быть надо взять две пробные точечные частицы, разнести их на расстояние L друг от друга по горизонтали и отпустить. Когда они упадут на пол, то измерить расстояние L' между ними. Будь мы на Земле, расстояние L' будет чуть-чуть меньше чем L, ведь каждая из них летела к центру Земли (треугольник). А если мы летим в ракете с ускорением g, то расстояние L' = L между частицами не изменится. Имея в распоряжении всего одну точечную пробную частицу мы не смогли бы отличить гравитационное поле (искривление пространства) от неинерциальных эффектов.

>Сокращение продольных размеров движущейся линейки по вашему кажущееся или все-таки истинное?

Какой ещё движущейся линейки?

12.05.2006 00:40#
Гравитационное поле центрифуги
А Вы что-нибудь слышали о принципе Маха? Что в упрощённом варианте Уилера звучит как "гравитация там порождает инерцию здесь", т.е. инерция у нас на Земле обусловлена гравитационным полем всех галактик и всего всего в нашей Вселенной. По этой причине космонавт в пустой Вселенной не почувствовал бы сопротивления (инерцию) со стороны тела, которое он попытался бы бросить. Отсюда эффеткы, связанные с неинерциальной с. о. - та же гравитация.
12.05.2006 10:42#
sergeygubanov
Гравитационное поле центрифуги

> космонавт в пустой Вселенной не почувствовал бы сопротивления (инерцию) со стороны тела, которое он попытался бы бросить.

Антинаучный бред.

13.05.2006 10:47#
voix
Гравитационное поле центрифуги

> ..инерция у нас на Земле обусловлена гравитационным полем всех галактик и всего всего в нашей Вселенной

Наша Галактика не находится в центре Вселенной, поэтому, согласно принципу Маха, инерция у нас должна отличаться в зависимости от направления приложения силы.
Однако пока ничего подобного не обнаружено.


Интересен другой вопрос.

Если вселенная расширяется ускоренно, то мы на Земле как бы находимся в ускоренно движущемся лифте. Но тогда, согласно принципу эквивалентности, у нас должна появиться дополнительная "гравитация".
Такая инертная "гравитация" обнаружена?

15.05.2006 11:19#
sergeygubanov
Гравитационное поле центрифуги

> Если вселенная расширяется ускоренно, то мы на Земле как бы находимся в ускоренно движущемся лифте.

Расширение Вселенной надо понимать буквально - не объекты разлетаются в разные стороны, а именно увеличивается само количество пространства. Астрофизические объекты не приобретают ни какокой дополнительной скорости относительно точек пространства - увеличивается само количество "точек" пространства. То есть расстояние между далёкими галактиками увеличивается не из-за того что они летят (в пространстве), а просто от того что увеличивается само пространство.

15.05.2006 14:50#
voix
Гравитационное поле центрифуги
> Расширение Вселенной надо понимать буквально - не объекты разлетаются в разные стороны, а именно увеличивается само количество пространства

Значит, расстояние между атомами в молекуле также растет. Но ведь тогда и сила притяжения между атомами будет падать. И в какой-то момент, молекула распадется. Правильно?

И закон сохранения энергии, получается, нужно пересматривать, тела с ускорением расходятся друг от друга, а кинетическая энергия у них не возрастает.
Да и с потенциальной энергией тут не совсем понятно, изменяется без видимых причин.
15.05.2006 15:02#
sergeygubanov
Гравитационное поле центрифуги

> Значит, расстояние между атомами в молекуле также растет.

Нет, пространство растёт только на масштабах, больших чем размеры сверх скоплений галактик - на таких, на которых уже всю Вселенную можно считать однородной. На меньших масштабах - динамика иная, определяется локальными (местными) условиями (неоднородностями).

15.05.2006 21:47#
voix
Гравитационное поле центрифуги
> Нет, пространство растёт только на масштабах, больших чем размеры сверх скоплений галактик

Странно это. ОТО, как ее изложил Эйнштейн, такое предусматривала или это более поздние доработки?
15.05.2006 23:36#
sergeygubanov
Гравитационное поле центрифуги

> Странно это. ОТО, как ее изложил Эйнштейн, такое предусматривала или это более поздние доработки?

Нестационарность пространства в ОТО была открыта ещё Фридманом в 1922 г. Поздние доработки лишь уточняют характер нестационарности в зависимости от тех или иных условий.

13.05.2006 14:29#
panaioty
Гравитационное поле центрифуги
Проще было бы проиллюстрировать отличие силового поля в центрифуге от гравитационного поля планеты наличием поля сил Кариолиса, но только если планета не вращается в системе неподвижных звезд. А где это доказано, что однородное гравитационное поле невозможно?
Насчет линейки разъясняю вопрос. Длина линейки при увеличении ее скорости уменьшается. Это увеличение кажущееся, или она в самом деле сжимается под действием каких-то сил?
15.05.2006 11:12#
sergeygubanov
Гравитационное поле центрифуги

> А где это доказано, что однородное гравитационное поле невозможно?

Вот если бы Земля была плоская...

> Насчет линейки разъясняю вопрос. Длина линейки при увеличении ее скорости уменьшается. Это увеличение кажущееся, или она в самом деле сжимается под действием каких-то сил?

А Вы сами-то как думаете?

11.05.2006 15:33#
Гравитационное поле центрифуги
Пока я соображал, что и почему резануло мне глаз, пока читал про принцип эквивалентности и тяготение по Ньютону и Эйнштейну (БСЭ) вы уже все написали и ответили на назаданные вопросы.

Но вообще, ваши слова означают, что фраза "в мощном гравитационном поле при высоких скоростях вращения неверная", невзирая на принцип эквивалентности.

И кстати, я правильно понял, что "сильный принцип эквивалентности" это что-то вроде аксиомы?
11.05.2006 15:36#
Гравитационное поле центрифуги
Вообще-то, я думал, что мой ответ появится под последним постом Губанова Сергея Юрьевича, но видимо где-то не разобрался.
11.05.2006 16:29#
sergeygubanov
Гравитационное поле центрифуги
> И кстати, я правильно понял, что "сильный принцип эквивалентности" это что-то вроде аксиомы?

Да, что-то вроде того. В математике аксиомы, а в физике принципы: принцип эквивалентности, принцип причинности, принцип наименьшего действия.
11.05.2006 18:44#
voix
Гравитационное поле центрифуги
> Гравитационного поля не создаётся

Это я и имел в виду, когда говорил об искусственной "гравитации".

Объект массой 1 кг притягивает другие объекты с той же силой, находится он в ультрацентрифуге или вне ее
Вести дневник и оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи
Логин:
Пароль:
Зарегистрироваться
Последние сообщения
Помощь
Всего дневников: 654

Пользователей
в системе: 2782

Всего записей
и комментариев: 50248

Записей и комментариев
за последние 24 часа: 16

АКТИВНЫЕ ДНЕВНИКИ


 
Энциклопедия | Новости | Блоги | Календарь | Право | Библиотека | Детские вопросы | ЖОБ При поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия