Проектируя и строя солнечные электростанции невольно задаешься вопросом, а как это все работает. Подробно ознакомиться с типами и работой солнечных электростанций вы можете здесь www.pv-sys.ru. Принцип действия солнечного элемента можно объяснить очень просто. Фотон, частица солнечного света, попадает на солнечный элемент, что вызывает в нем падение напряжения и как следствие ток в замкнутой цепи (направленное движение заряженных частиц).
Если вдуматься, то возникает масса различных вопросов. Один из них звучит так: фотон движется со скоростью света, а это свойство частиц, у которых нет массы. Как такое возможно? Согласно теории для того, чтобы разогнать частицу имеющую массу до скорости света потребовалось бы бесконечное количество энергии. Это было проверено экспериментально в 1960 году в Массачусетском технологическом институте. Для того чтобы разогнать электроны до все больших скоростей в ускорители тратилось все больше и больше энергии, но скорость света так и не была достигнута. И в пределе скорости света энергия, требуемая для разгона, становилась равной бесконечности, что невозможно. Значит частицы, движущиеся со скоростью свет не имеют массы. Но как может вещь не иметь массы? Это противоречит нашему видению мира.
Вспомним из школьного курса физики что такое масса. Это мера инертности тела. Это то, как предмет реагирует на силу, прикладываемую к предмету. Вы легко можете толкать автомобиль смарт и изменить его скорость от 0 до 5 км/ч. А для того, чтобы разогнать до такой скорости стоящий автобус ваших сил не хватит. Инертная масса автобуса больше значит и силы требуется больше. Закон Ньютона устанавливает эту зависимость
F– сила притяжения предмета массой m и предмета массой M назовем эти массы гравитационными. r – расстояние между центрами масс предметов. Что такое центр масс можно узнать, обратившись к Википедии. G – гравитационная постоянная.
В знаменитом эксперименте Галилея предметы разной массы, сброшенные с башни, падали на землю одновременно. В школе этот эксперимент показывают с дробинкой и пушинкой в колбе из который предварительно откачивают воздух. Если тела движутся одинаково значит у них одинаковое ускорение в формуле (1). На более тяжелое тело действует большая сила притяжения, но имея большую инертную массу тело неохотно откликается на силу, действующую на нее. Тело, имеющее меньшую инертную массу, охотно откликается на силу, но эта сила меньше в следствии меньшей массы. Но ускорение у этих тел одно и то же, значит гравитационная и инертная массы равны.
Ну и что…
Так как гравитационная и инертная массы равны значит мы не можем отличить инерцию от гравитации. В другом знаменитом мысленном эксперименте Эйнштейна с человеком в небольшом закрытом лифте рассмотрены две ситуации
а) на человека в лифте действует сила гравитационного притяжения земли, формула (2)
б) лифт находится далеко в космосе, где нет притяжения других планет или звезд. Но лифт движется по направлению вверх с постоянным ускорением g – ускорением свободного падения тел на земле.
Так вот. Человек в лифте не может для себя различить случай (а) и (б). Никакие физические эксперименты не позволят ему определить в каком из состояний он находится. Эта мысль положена в основу общей теории относительности. Локально гравитацию можно заменить инерциальными силами и рассмотреть движение тел в системе координат с силами инерции. Почему локально? Если лифт будет размером с Землю сила гравитации будет разной в различных его точках так как расстояние до земли будет разным.
Согласно современным представлениям СТО специальной теории относительности, все события происходит в четырехмерном пространстве. Три пространственные координаты и одна временная. Силы инерции можно представить как локальные искажения этого четырехмерного пространства. Но в силу того, что инерция и гравитация неотличимы пространство-время вблизи гравитационного тел тоже искажается. Прямая, кратчайшее расстояние между точками, больше не прямая в нашем повседневном понимании. Как? Нарисуйте эту прямую на надутом воздушном шарике… Время, длины предметов будут зависеть от расстояния до массивного предмета. Вот почему так часто обсуждают черные дыры, предельное состояние эволюции массивных звезд.
Продолжение читайте во второй статье.