Levitacija – razlika između verzija
Uklonjeni sadržaj Dodani sadržaj
Uklanjanje svog sadržaja stranice |
Nema sažetka izmjene |
||
Red 1:
Petar Bosnić Petrus
'''LEVITACIJA
'''
Levitacija je složena fizikalna pojava. Detektirani su različiti vidovi njenog manifestiranja No literatura koja opisuje ovaj, tj. ove fenomene nije dovoljno sistematizirana. Neki vidovi levitacije nemaju čak ni svoja imena. Intencija ovog teksta jest da se barem onim glavnim vidovima levitacije navedu standardna znanstvena objašnjenja i dadu imena koja će, već upućenim i još-ne-upućenim osobama olakšati njeno razumjevanje te razlikovanje jednih njenih vidova od drugih. Ovaj članak, dakle, nastoji što jasnije i objektivnije opisati jedan skup vrlo kompleksnih stvari, odnosno pojava koje su već odavno poznate znanosti i primjenjene u praksi. Isto tako, ovaj članak želi skrenuti pažnju i na to da u ljudskoj kulturi postoje i neka neosnovana mišljenja i vjerovanja o levitaciji, kao i zablude o njoj.
'''Levitacija uopće'''
Levitacija je pojava kad neko tijelo ne reagira na djelovanje privlačne sile u čijem je polju smješteno. Otsutnost nužne reakcije – pojave akceleracije ka hvatištu privlačne sile, ili pak pojave težine – otsutnost, dakle, takve reakcije, tj. levitacija, koliko je poznato, može biti uzrkovana (orbitalnim) kretanjem levittirajućeg tijela unutar polja privlačne sile.
No levitacija može bit uzrokovana i djelovanjem neke repulzivne, odbojne sile čiji je smjer djelovanja suprotan gravitaciji
Ima mišljenja da i nekakva duhovna snaga može uzrokovati levitaciju.
Levitacija ili lebdenje uvijek je lebdenje u odnosu na nešto: nekakvo polje, čvrstu podlogu, čvrstu površinu Zemlje, masu ili površinu nekog drugog nebeskog tijela.
Može se govoriti o prirodnoj levitaciji, a i o onoj koja je nastala iz ljudskog umijeća i koristi se na razne načine u tehnologiji.
'''Stvarna i prividna levitacija
'''
Trebamo razlikovati stvarnu i prividnu levitaciju. Stvarna levitacija ustvari je trajno bestežinsko stanje – stanje u kojem tijela gube težinu. Slučajevi, pak, u kojima tijela, za vrijeme levitiranja, ne gube težinu spadaju u područje prividne levitacije.
'''Vidovi prividne levitacije
'''
Tu spadaju magnetska i dijamagnetska levitacija, elektrostatska, aerodinamička i još neke druge. U tim slučajevima lebdenje se postiže odbijanjem istoimenih magnetskih polova ili istoimenog električnog naboja, ili pak odupiranjem o zrak. No u svim tim slučajevima, tijela koja lebde, (preko nevidljivog i neopipljivog medija - magnetskog ili električnog polja ili pak zraka) svom svojom težinom pritišću podlogu iznad koje lebde. Ove vrste levitacije efikasne su i ekonomične samo na vrlo malim udaljenostima – udaljenostima od nekoliko milimetara do nekoliko decimetara.
Prividna levitacija vrlo je korisna u tehnologiji. Koristi se za magnetske ležajeve, superbrze, maglev vlakove, hoverkrafte itd.
No, ovdje treba skrenuti pažnju na još jednu stvar. Svi vidovi prividne levitacije dijele se na dvije vrste: 1. levitaciju za čije je održanje potrebno trošiti energiju, i 2., onu za čije održanje nije potrebno trošiti nikakvu energiju. U prvu vrstu spada lebdenje helikoptera i howerkrafta, i druga, slična, a u onu drugu lebdenje bazirano na odbojnim silama što proizlaze is magnetskih ili elektrostatskih polja. Ova druga vrsta levitacije bitno je ekonomičnija, ali je ograničena samo na vrlo male udaljenosti između lebdećeg predmeta i podloge koja mu omogućuje lebdenje.
'''Stvarna levitacija'''
Stvarna levitacija, bestežinsko stanje. Postiže se kružnim kretanjem, orbitiranjem u Zemljinom gravitacijskom polju. Npr: lebdenje astronauta u njihovim svemirskim brodovima dok kruže oko Zemlje. (Stvarna levitacija može se postići i slobodnim padanjem ili paraboličkim kretanjem aviona, ali je kratkotrajna.). Dok se satelit ili svemirska stanica kreću oko Zemlje, gravitacija na njih djeluje kao centripetalna sila, tj. privlači ih i skreće na kružnu putanju. Mase letjelica i astronauta opiru se promjeni smjera kretanja. Posljedica tog njihovog opiranja, tj. inercije (pri brzini od 7,9 km/sec.) jest trajno bestežinsko stanje, levitiranje. Kod ovakvih kretanja, inercija tijela manifestira se kao reaktivna, centrifugalna sila Gallileo – Zakon inercije i Newton 3 (Zakon akcije i reakcije). Pri brzini od 7,9km/sec. ona je jednaka centripetalnoj (tj. gravitaciji koja vrši funkciju centripetalne sile), pa ju ukida, anulira i omogućuje lebdenje.
Bestežinsko stanje ili stvarna levitacija je, dakle, posljedica jednakosti centripetalne i centrifugalne sile. Za vrijeme te levitacije tijela gube svoju težinu, ali ne i masu i inerciju. Ova vrsta levitacije funkcionalna je i apsolutno ekonomična i na vrlo velikim udaljenostima od tijela u odnosu na koje se zbiva. Neophodna je za održavanje umjetnih satelita u njihovim orbitama, ali je štetna za ljudsko zdravlje.
Za održavanje stvarne levitacije nije potrebna nikakva energija. Neki satelit ili nebesko tijelo mogu lebdjeti u odnosu na neko drugo nebesko tijelo mnogo milijardi godina, a da za to ne potroše nikakvu energiju. Slikovit primjer za to su geostacionarni sateliti koji nepomično lebde iznad neke točke na ekvatoru ne trošeći apsolutno nikakvu energiju. Energija se mora potrošiti samo na postizanje brzine levitacije, odnosno satelizacije i izdizanje iznad atmosfere, tj. plinskog omotača onih nebeskih tijela koja ga imaju. (Plinski omotač, naime, svojim otporom kretanju letjelica smanjuje njihovu brzinu.) Zbog ove svoje osobitosti, ovaj vid stvarne levitacije je iznimno ekonomično sredstvo za zadovoljavanje nekih vitalnih potreba ljudske vrste.
Jednadžba za izračunavanje brzine neophodne za postizanje trajne levitacije, vl identična je jednadžbi za veličinu brzine satelizacije:
vl = korijen iz GM/R
Gdje je G gravitacijska konstanta, M masa nebeskog tijela, i R radius kretanja satelita, tj. udaljenost od središta nebeskog tijela, npr. Zemlje.
Brzina levitacije, vl ustvari je brzina satelizacije vs.
U najnižim orbitama, brzina levitacije ili satelizacije je 7,9km/sec. U višim orbitama ta je brzina manja. Geostacionarni sateliti, koji lebde iznad određene točke na ekvatoru, kreću se brzinom od samo 3,05km/sec. Kutna brzina njihovog kretanja jednaka je Zemljinoj. Mjesec lebdi u odnosu na Zemlju također na osnovu centrfigalne sile koja proizlazi iz brzine njegovog orbitiranja oko Zemlje, od svega 1,002km/sec. Zemlja je u bestežinskom stanju u odnosu na Sunce, tj. lebdi u odnosu na njega na bazi brzine od 30km/sec.
Kako je upravo rečeno, Zemlja je u betežinskom stanju i levitira u odnosu na Sunce, a i ljudi i stvari na Zemlji također, ali ljudi i stvari na Zemljnoj površini nisu u bestežinskom stanju, tj. ne levitiraju u odnosu na sāmu Zemlju.
'''Gravifugalna levitacija
'''
U svim navedenim slučajevima levitacije, a i mnogim sličnim, gravitacija ima funkciju centripetalne sile. Možda bi, radi što veće jasnoće, u takvim slučajevima gravitaciju nazivati gravipetalnom silom, a reakciju na njeno djelovanje gravifugalnom. Levitacija i kružna putanja levitirajućeg tijela bila bi, po toj terminologiji, posljedica jednakosti gravipetalnih i gravifugalnih sila. Gore opisani slučajevi stvarne levitacije mogli bi se, dakle, nazivati gravifugalnom levitacijom. Za razliku od npr. magnetske ili dijamagnetske, ta vrsta levitacije do sada nije imala nikakvog imena. Ako, dakle ne bi smo koristili ovu terminologiju onda bi levitiranje astronauta i sva ostala koja se baziraju na djelovanju gravitacije kao centripetalne sile, ostala bez svog specifičnog imena kojeg bi, radi lakšeg i točnijeg razumijevanja trebali imati.
Ali, i ostale fundamentalne sile mogu imati funkciju centripetalne sile. Npr. Elektricitet. Elektron koji kruži oko atomske jezgre, lebdi u odnosu na nju, i to na osnovu jednakosti elektropetalne i elektrofugalne sile. To je također primjer stvarne levitacije.
Stvar stoji slično ili isto i sa magnetizmom i nuklearnom silom.
Koristeći ovakve termine u mogućnosti smo razlikovati uistinu različite oblike levitacije: magnetsku i magnetofugalnu, elektrostatsku i elektrofugalnu, gravifugalnu itd. Nadalje, u mogućnosti smo razlikovati stvarnu od prividne levitacije.
Pored toga ovdje treba razlikovati prirodnu od umjetne levitacije. Prirodna je ona u okviru koje jedna nebeska tijela lebde u odnosu na druga, a umjetna obuhvaća lebdenje ljudskih tvorevina u odnosu Zemlju ili moguće lebdenje u odnosu na druga masivna nebeska tijela – planete, njihove prirodne satelite itd. No obje ove vrste levitacije počivaju na istim fizikalnim, odnosno prirodnim zakonima.
Umjetna levitacija češća je u slučajevima prividne levitacije. Npr magnetska, dijamagnetska ili elektrostatska levitacija. No elektrostatska levitacija može biti i prirodna. Npr. levitiranje jednog protona u odnosu na drugi.
'''
Inercija i levitacija'''
Stvarna levitacija postiže se suprotstavljanjem inercije tijela nekoj od fundamentalnih sila koja ima funkciju centripetalne sile – gravipetalnoj, elektropetalnoj... Inerciju suprotstavljamo određenoj sili centripetalnog smjera tako što tijelo, koje želimo dovesti u stanje levitacije, ubrzamo na kružnu putanju oko hvatišta te centripetalne sile. Npr. Astronaute i njihove brodove oko središta Zemlje, jer je hvatište gravipetalne sile u središtu, odnosno težištu Zemlje. Kružno kretanje oko Zemlje ili nekog drugog nebeskog tijela, na neki način povećava inerciju tijela koja se tada manifestira kao centrifugalna, tj., preciznije, gravifugalna sila koja odvlači tijelo od gravipetalne sile.
Važna napomena. Jedino suprotstavljanjem inercije tijela gravitacijskom privlačenju možemo spriječiti gravitacijsko ubrzanje (slobodni pad) na takav način da tijelo ostane u bestežinskom stanju, jer, kako je već rečeno, tijelo je u bestežinskom stanju i onda kad slobodno pada.
No slobodni pad, iako je stvarno bestežinsko stanje, nije levitacija u pravom smislu te riječi, jer levitacija podrazumjeva da se udaljenost, između težišta tjelesa koja se privlače, ne smanjuje. Kod padanja, međutim, radi se o baš smanjivanju te udaljenosti. Za ono što pada, ne možemo tvrditi da lebdi, a ono što lebdi, to ne pada. Levitacija i bestežinsko stanje ne moraju, dakle u svim slučajevima biti identične pojave, Nije svaka levitacija ujedno i beswtežinsko stanje, niti je svako bestežinsko stanje nužno levitacija.
Levitiranje astronauta u njihovim svemirskim brodovima ne proizlazi, kako se često navodi iz toga što “oni stalno padaju prema zemlji, ali ju uvijek promaše”. Da se ne radi o tom padanju vidi se iz toga što se udaljenost orbitirajućih svemirskih prodova ne smanjuje u odnosu na Zemlju, tj. Njeno središte, nego ostaje ista i nakon tisuće krugova oko zemlje. Lebdenje astronauta proizlazi iz jednakosti tzv. gravipetalne i gravifugalne sile.
'''Postizanje prividne levitacije
'''
Ako gravitacijsko ubrzanje nekog tijela spriječimo nekom vanjskom odbojnom (repulzivnom), silom (magnetizmom ili elektrostatskim nabojem), ono će lebdjeti u magnetskom ili elektrostatskom polju. No magnetizam ili elektricitet, koji uzrokuju lebdenje tijela, uvijek, i istovremeno uzrokuju i pojavu težine tog tijela koje lebdi. Magneti, npr. koji lebde jedan iznad drugoga na vagi pokazati će istu težinu kao i onda kada ne lebde, nego leže na plitici vage, jedan pored drugoga.
Privlačna sila između dvaju tijela, naime, može se manifestirati, ili kao ubrzanje, ili kao težina. Ako se manifestira kao ubrzanje, onda nema težine. A ako se nekom vanjskom silom spriječi ubrzanje, pojavljuje se kao težina - privlačni mehanički napon, tēžēnje ili težnja.
Gravitacijsko ubrzavanje tijela može se spriječiti i nekom vanjskom pseudosilom. Npr. čvrstoćom površine nekog drugog tijela ili čvrstom površinom Zemlje. I u tom se slučaju privlačna sila između Zemlje i tijela koje leži ili stoji na njoj pojavljuje kao težina. Razlika je samo u tome što je pritisak na podlogu kod prividnog lebdenja, koji potiče od težine tijela, posredovan nevidljivim i neopipljivim magnetskim ili elektrostatskim poljem.
'''Razlika u postizanju prividne i stvarne levitacije'''
Tijela dovodimo u stanje prividne levitacije tako da njihovo ubrzavanje prema hvatištu sile koja ih privlači ne sprečavamo djelovanjem njihove vlastite inercije, nego nekom vanjskom silom (magnetizmom, elektricitetom itd.). Tim istim činom, tijela činimo i teškim, jer, kako je već rečeno, za vrijeme prividne levitacije tijela dobijaju i zadržavaju svoju težinu.
Pravu tj. stvarnu levitaciju, trajno bestežinsko stanje, postižemo dovoljno brzim kretanjem koje je uvijek okomito na smjer djelovanja privlačne sile. To je kružno, orbitalno kretanje. Pri takvom kretanju, kao što je gore rečeno, inercija tijela manifestira se kao sila centrifugalnog smjera, koja anulira privlačnu silu, tj. silu centripetalnog smjera, gravitaciju, ili pak puno točnije, gravipetalnu silu.
Razlika između gravitacije i gravipetalne sile nije samo u imenu, nego također i u matematičkim izrazima kojima se određuje njihova narav i veličina. Izraz za veličinu gravitacije je
F = GMm/R2 ,
a za veličinu gravipetalne sile:
Fgf = GMm/R2 – mv2/R
'''Različiti vidovi stvarne levitacije'''
Kao što postoje različite vrste prividne levitacije, tako ima i raznih vrsta stvarne levitacije, a razlikuju se po tome koja od privlačnih sila vrši funkciju centripetalne sile. Evo tih sila i centrifugalnih reakcija na njihovo centripetalno djelovanje. Termini «centripetalan» i «centrifugalan» samo su opće oznake smjera djelovanja neke sile – ka centru, ili od njega.
Sila centripet. smjer centrifug.smjer posljedica
Gravitacija gravipetalna sila gravifugalna levitacija
Električna s. elektropetalna elektrofugalna levitacija
Magnetizam magnetopetalna s. magnetofugalna levitacija
Nuklearna s. nukleopetalna nukleofugalna levitacija
Čvrstoća solidopetalna solidofugalna nema levitacije.
Stvarna levitacija može se pojaviti jedino ako neka od fundamentalnih sila služi kao centripetalna sila – gravipetalna, elektropetalna, magnetopetalna i nukleopetalna. Reakcije na centirpetalno djelovanje fundamentalnih sila - gravifugalna, elektrofugalna magnetofugalna i nukleofugalna - uvijek su reaktivne sile ili pseudosile - manifestacije inertnosti mase.
Čvrstoća - soliditas - tretira se u fizici kao pseudosila, a solidopetalna sila također. Stoga solidofugalna sila ne može uzrokovati levitaciju kao u gornjim slučajevima, nego samo mehanički napon, naprezanje u masi rotirajućeg tijela.
Fizikalne činjenice i zakoni koji omogućuju da shvatimo zašto se pojavljuje stvarna levitacija
U slučaju rotacije čvrstog tijela, veličine solidopetalne i solidofugalne sile uvijek su jednake i suprotnog smjera (Newton 3). Veličina im je proporcionalna brzini rotacije čvrstog tijela:
F = mv2/r.
U slučaju u kojem gravipetalna sila ima funkciju centripetalne sile (npr. u slučaju orbitiranja astronauta i njihovih svemirskih brodova oko Zemlje), gravipetalna i gravifugalna sila također su jednake i suprotnog su smjera, ali su obje sile obrnuto proporcionalne brzini rotacije, tj. orbitiranja.
Ako, npr. povećamo brzinu nekog tijela (pri kretanju koje je okomito na smer djelovanja gravitacije onda se tim činom (prije postizanja brzine levitacije ili satelizacije ) neće povećati, nego smanjiti veličina gravipetalne i gravifugalne sile, što će se najprije očitovati kao smanjenje težine ubrzavanog tijela. Zbog Zemljine rotacije, npr. na ekvatoru, zbog brzine od 464 m/sec. tijela gube 0, 34% svoje težine. S postizanjem brzine levitacije ta težina se potpuno gubi, jer se, pri brzini levitacije ili satelizacije gravifugalna i gravipetalna sila potpuno isključuju i svode na nulu. To je ključni faktor koji omogućuje levitaciju. Ako bi smo pak, nakon postizanja brzine levitacije, još više povećali brzinu, ne bi smo povećali veličinu gravifugalne sile, niti postigli nekakvu antitežinu, nego samo povećali radius, R kretanja ubrzavanog tijela.
Imajući na umu da, povećavanjem radiusa orbitiranja, R, eksponencijalno (za R2), smanjujemo gravipetalnu silu (tj. gravitaciju koja vrši funkciju centripetalne sile), lako ćemo razumjeti zašto tijela koja orbitiraju na većim visinama trebaju imati manju linearnu, ili perifernu brzinu orbitiranja. Vidi prethodni tekst.
Treći faktor koji omogućuje stvarnu levitaciju za sada još nema neko znanstveno objašnjenje, kao ni sama gravitacija, ali je dobro poznat način njegovog ponašanja. Radi se o inerciji. Ona djeluje na masu isto kao i gravitacija, ali uvijek u suprotnom smjeru. Da nema inercije, gravitacijsko ubrzanje tjelesa bilo bi neusporedivo veće nego što stvarno jest, no inercija ga radikalno smanuje. Pri kružnom kretanju tijela oko hvatišta gravitacijske, tj. gravipetalne sile, inercija se manifestira kao gravifugalna, repulzivna, odbojna, sila u odnosu na gravitaciju. Pri brzini satelizacije inercija neutralizira gravitaciju i omogućuje lebdenje, a pri povećanju brzine iznad brzine satelizacije, «odbija», tj. udaljava promatrano tijelo od nebeskog tijela oko kojeg orbitira.
'''Prirodna i umjetna levitacija
'''
Kad je riječ o levitaciji, treba razlikovati prirodnu levitaciju od one koja je postignuta čovjekovim umijećem – umjetne. Prirodna je ona u okviru koje jedna nebeska tijela lebde u odnosu na druga, a umjetna, koja je nastala iz ljudskog umijeća i koristi se na razne načine u tehnologiji. Umjetna obuhvaća lebdenje ljudi i ljudskih tvorevina u odnosu Zemlju ili moguće njihovo lebdenje u odnosu na druga masivna nebeska tijela – planete, njihove prirodne satelite, lebdenje maglev vlakova itd.
No obje ove vrste levitacije, i prirodna i umjetna počivaju na istim fizikalnim, odnosno prirodnim zakonima.
Budući da je cijeli,materijalni univerzum počev od atoma pa do galaksija i galaktičkih jata u stalnom kruženju, u kojem su uravnotežene sve centripetalne i fentrifugalne sile, može se reći da svekoliki svemir lebdi ili levitira u samom sebi, te da je to stanje uvjet njegova opstanka u ovakvom obliku kakvog ga poznajemo danas.
'''Vjerovanja o levitaciji'''
Takozvani trezveni ljudi najčešće potpuno previđaju onu stvarnost levitacije koja je gore bila opisana, pa o ovoj stvari misle na osnovu predrasude: da levitacija nije moguća i da nikad neće biti ni postignuta. S druge strane pak, ono neosviješteno mišljenje, koje vjeruje u mogućnost levitacije, također previđa njenu stvarnost i najčešće ju povezuje sa «antigravitacijom», pa podrazumijeva da bi levitacija trebala biti posljedica djelovanja nekakve antigravitacijske sile, polja, ili pak, antimaterije.
No antigravitacijska levitacija, o kojoj se najčešće govori, još nigdje nije detektirana, a niti pojmljena, shvaćena. Za sada postoji samo u formi nekakve nejasne, nedefinirane opće želje za oslobođenjem od gravitacije. Na bazi suvremene znanosti nije moguće razumjeti unutarnju strukturu te želje, niti njenu zbiljsku, fizikalnu bazu. Isto važi i za tzv. antigravitacijsku silu. I ona, za sada postoji samo kao potpuno nejasna, proturječna fantazmagorija bazirana isključivo na onoj želji. Nema nikakvog dokaza o uspješnom stvaranju nekakvog antigravitacijskog uređaja, polja ili štita. Ono što je, na tom polju uistinu ostvareno i dalo određene (vrlo male, beznačajne) efekte, spada u područje prividne levitacije pomoću koje se ne mogu zadovoljiti ljudske potrebe za izlaskom u svemir i opstankom u njemu.
Meditativna, volitivna ili tzv. paranormalna levitacija – također je stvar želje, religijskih vjerovanja ili praznovjerja. O slučajevima levitiranja nekih svetih ljudi ili jogina, o kojima se već odavno izvještava, ne može se govoriti bez opravdane i temeljite skepse.
'''Moguća budućnost levitacije'''
Ljudska potreba za oslobađanjem od gravitacije; za posjetom drugim nebeskim tijelima i potreba za osvajanjem svemira i životom u njemu, može se, kao i do sada, zadovoljavati korištenjem raketne tehnike, te gravifugalne sile i gravifugalne levitacije. No možda će budućnost donijeti i mogućnost izgrdnje nekakve gravifugalne letjelice.
| |||