Korisnik:Petrus b/Levitacija

Petar Bosnić Petrus

LEVITACIJA

Levitacija uopšte

Reč dolazi iz Latinskog: levitas – lakoća i Novolat. levitatio – lebdenje .

Levitacija, lebdenje je pojava kad neko telo ne reagira na delovanje privlačne sile u čijem je polju smešteno. Otsutnost nužne reakcije – pojave akceleracije ka hvatištu privlačne sile, ili pak pojave težine – otsutnost, dakle, takve reakcije, tj. levitacija, koliko je poznato, može biti uzrokovana (orbitalnim) kretanjem levitirajućeg tela unutar polja privlačne sile.

Levitacija također može biti uzrokovana dejstvovanjem neke repulzivne, odbojne sile koja dejstvuje u smeru suprotnom gravitaciji.

Levitacija ili lebdenje uvek je lebdenje u odnosu na nešto: nekakvo polje, čvrstu podlogu, čvrstu površinu Zemlje, masu ili površinu nekog drugog nebeskog tela.

Levitacija je nužna i onda kad je neko tijelo u tzv. dubokom svemiru, tj. vrlo daleko od hvatišta gravitacijskih sila, a i onda kad je vektorski zbroj svih sila koje djeluju na njega jednak nuli.

U ljudskoj kulturi postoje mišljenja i verovanja da je levitiranje ljudi i stvari moguće realizirati pomoću nekih duhovnih, odnosno volitivnih moći. Ova verovanja, međutim, do sada nisu dobila nikakvu eksperimentalnu ili praktičnu potvrdu.

Nadalje "levitacija" je često i sredstvo za zabavu. No, u ovom se slučaju radi o vizuelnoj simulaciji levitacije zasnovanoj na raznim mađioničarskom, optičkim, ili filmskim trikovima, odnosno varkama.

Stvarna i prividna levitacija

Trebamo razlikovati stvarnu i prividnu levitaciju.

Stvarna levitacija ustvari je trajno bestežinsko stanje – stanje u kojem tela gube težinu, ali ne gube visinu, tj. ne padaju.

Slučajevi, pak, u kojima tela, za vrijeme lebdenja, ne gube težinu, niti padaju 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 vazduh. No u svim tim slučajevima, tela koja lebde, (preko nevidljivog i neopipiljivog medija - magnetskog ili električnog polja ili pak vazduha) svom svojom težinom pritišću podlogu iznad koje lebde. Ove vrste levitacije efikasne su i ekonomične samo na vrlo malim udaljenostima – od nekoliko milimetara do nekoliko decimetara.

Prividna levitacija vrlo je korisna u tehnologiji. Koristi se za magnetske ležajeve, superbrze, maglev-vlakove, hoverkrafte itd.

Svi vidovi prividne levitacije dele se na dve 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 dijamagnetska levitacija, lebdenje helikoptera i howerkrafta, i druga, slična, a u onu drugu vrstu: lebdenje bazirano na odbojnim silama što proizlaze iz 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, trajno bestežinsko stanje. Postiže se kružnim kretanjem, orbitiranjem u Zemljinom gravitacionom polju ili gravitacionom polju nekog drugog nebeskog tela. Npr: lebdenje astronauta u njihovim svemirskim brodovima dok kruže oko Zemlje. (Stanje koje je u nekim aspektima slično levitaciji (bestežinsko stanje) može se postići i slobodnim padanjem ili paraboličkim kretanjem aviona, ali je kratkotrajno.). Dok se satelit ili svemirska stanica kreću oko Zemlje, gravitacija na njih dejstvuje kao centripetalna sila, tj. privlači ih i skreće na kružnu putanju. Mase letelica i astronauta opiru se promeni smera kretanja. Posledica tog njihovog opiranja, tj. inercije (pri brzini od 7,9 km/sec.) jeste trajno bestežinsko stanje, levitiranje, lebdenje. Kod ovakvih kretanja, inercija tela manifestira se kao reaktivna, centrifugalna sila [Gallileo – Zakon inercije i Newton 3 (Zakon akcije i reakcije)]. Pri brzini od 7,9 km/sec. ona je jednaka centripetalnoj sili (tj. gravitaciji koja vrši funkciju centripetalne sile), pa ju ukida, anulira i omogućuje lebdenje.

Bestežinsko stanje ili stvarna levitacija jeste, dakle, posledica jednakosti centripetalne i centrifugalne sile. Za vreme te levitacije tela gube svoju težinu, ali ne i masu i inerciju. Ova vrsta levitacije funkcionalna je i apsolutno ekonomična i na vrlo velikim udaljenostima od nebeskih tela u odnosu na koja se zbivaju. Neophodna je za održavanje umetnih satelita u njihovim orbitama.

Za održavanje stvarne levitacije nije potrebna nikakva energija. Neki satelit ili nebesko telo mogu lebdeti u odnosu na neko drugo nebesko telo mnogo milijardi godina, a da za to ne potroše nikakvu energiju. Slikovit primer za to su geostacionarni sateliti koji nepomično lebde iznad neke tačke na ekvatoru, ne trošeći apsolutno nikakvu energiju. Energija se mora potrošiti samo na postizanje brzine levitacije, odnosno satelizacije i izdizanje iznad atmosfere, tj. gasnog omotača onih nebeskih tela koja ga imaju. (Gasni omotač, naime, svojim otporom kretanju letelica smanjuje njihovu brzinu.) Zbog ove svoje osobitosti, ovaj vid stvarne levitacije je iznimno ekonomično sredstvo za zadovoljavanje nekih vitalnih potreba ljudske vrste, ali je dugotrajan boravak u bestežinskom štetan za ljudsko zdravlje.

Jednačina za izračunavanje brzine neophodne za postizanje trajne levitacije, v_l identična je jednačini za veličinu brzine satelizacije: v_s -

v_l = koren iz GM/R

Gde je G gravitacijska konstanta, M masa nebeskog tela, i R radius kretanja satelita, tj. udaljenost od središta nebeskog tela, npr. Zemlje.

Brzina levitacije, v_l ustvari je brzina satelizacije, v_s.

U najnižim orbitama, brzina levitacije ili satelizacije je 7,9 km/sec. U višim orbitama ta je brzina manja. Geostacionarni sateliti, koji lebde ili levitiraju iznad određene tačke na ekvatoru, kreću se brzinom od samo 3,05 km/sec. Kutna brzina njihovog kretanja jednaka je Zemljinoj. Mesec lebdi u odnosu na Zemlju također na osnovu centrifugalne sile koja proizlazi iz brzine njegovog orbitiranja oko Zemlje, od svega 1,002 km/sec. Zemlja je u bestežinskom stanju u odnosu na Sunce, tj. lebdi u odnosu na njega na bazi brzine od 30 km/sec.

Kako je upravo rečeno, Zemlja je u bestežinskom 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.

Prirodna i umetna levitacija

Razne vrste levitacije razlikujemo po načinu na koji su nastale. S obzirom na to, može se govoriti o prirodnoj levitaciji, a i o onoj koja je nastala iz ljudskog umeća i koristi se na razne načine u tehnologiji. Prirodna je levitacija npr. lebdenje Zemlje u odnosu na Sunce, ili elektrona u odnosu na atomsko jedro, a umetna lebdenje satelita ili astronauta u odnosu na Zemlju ili lebdenje superbrzih maglev-vlakova iznad tračnica. No obe ove vrste levitacije počivaju na istim fizičkim, odnosno prirodnim zakonima. Umetna 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.

Gravifugalna levitacija

U nekim gore navedenim slučajevima stvarne levitacije, a i mnogim sličnim, gravitacija ima funkciju centripetalne sile. Možda bi stoga, radi što veće jasnoće, u takvim slučajevima gravitaciju trebalo nazivati gravipetalnom silom, a reakciju na njeno dejstvovanje gravifugalnom. Levitacija i kružna putanja levitirajućeg tela bila bi, po toj terminologiji, posledica jednakosti gravipetalnih i gravifugalnih sila. Gore opisani slučajevi stvarne levitacije mogli bi se, dakle, nazivati gravifugalnom levitacijom.

Ali, i ostale fundamentalne sile mogu imati funkciju centripetalne sile. Npr. Elektricitet. Elektron koji kruži oko atomskog jedra, lebdi u odnosu na njega, 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.

Inercija i levitacija

Stvarna levitacija postiže se suprotstavljanjem inercije tela nekoj od fundamentalnih sila koja ima funkciju centripetalne sile – gravipetalnoj, elektropetalnoj... Inerciju suprotstavljamo određenoj sili centripetalnog smera tako što telo, 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 tela, na neki način povećava inerciju tela koja se tada manifestuje kao centrifugalna, tj., preciznije, gravifugalna sila koja odvlači telo od hvatišta gravipetalne sile.

Važna napomena. Jedino suprotstavljanjem inercije tela gravitacionom privlačenju možemo sprečiti gravitaciono ubrzanje (slobodni pad) na takav način da telo trajno ostane u bestežinskom stanju, jer, kako je već rečeno, telo je u bestežinskom stanju i onda kad slobodno pada.

No slobodni pad, iako je stvarno bestežinsko stanje, nije levitacija u pravom smislu te reči, jer levitacija podrazumeva da se udaljenost, između telesa 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, dakle, i bestežinsko stanje ne moraju u svim slučajevima biti identične pojave. Svaka levitacija nije ujedno i bestežinsko stanje, a svako bestežinsko stanje nije automatski i levitacija.

Postizanje prividne levitacije

Ako gravitacijsko ubrzanje nekog tela ne sprečimo njegovom inercijom, nego nekom vanjskom odbojnom (repulzivnom), silom (magnetizmom ili elektrostatskim nabojem), ono će lebdeti u magnetskom ili elektrostatskom polju. No magnetizam ili elektricitet, koji uzrokuju lebdenje tela, uvek, i istovremeno uzrokuju i pojavu težine tog tela koje lebdi. Magneti, npr. koji lebde jedan iznad drugoga pokazati će na vagi istu težinu kao i onda kada ne lebde jedan iznad drugoga, nego leže na tasu vage, jedan pored drugoga.

Privlačna sila između dva tela, naime, može se manifestirati, ili kao ubrzanje, ili kao težina. Ako se manifestira kao ubrzanje, onda nema težine. A ako se nekom vanjskom silom spreči ubrzanje, pojavljuje se kao težina - privlačni mehanički napon, tēžēnje ili težnja.

Gravitaciono ubrzavanje tela može se sprečiti i nekom vanjskom pseudosilom. Npr. čvrstoćom površine nekog drugog tela ili čvrstom površinom Zemlje. I u tom se slučaju privlačna sila između Zemlje i tela, koje leži ili stoji na njoj, pojavljuje kao težina. Razlika je samo u tome što je, kod prividnog lebdenja, pritisak na podlogu, koji potiče od težine tela posredovan nevidljivim i neopipljivim magnetskim ili elektrostatskim poljem.,

Razlika u postizanju prividne i stvarne levitacije

Tela, kako je već rečeno, dovodimo u stanje prividne levitacije tako da njihovo ubrzavanje prema hvatištu sile koja ih privlači ne sprečavamo dejstvovanjem njihove vlastite inercije, nego nekom vanjskom silom (magnetizmom, elektricitetom itd.). Tim istim činom, tela činimo i teškim, jer, kako je već rečeno, za vrijeme prividne levitacije tela dobijaju i zadržavaju svoju težinu.

Pravu tj. stvarnu levitaciju, trajno bestežinsko stanje, postižemo dovoljno brzim kretanjem koje je uvijek okomito na smjer dejstvovanja privlačne sile. To je kružno, orbitalno kretanje. Pri takvom kretanju, kao što je gore rečeno, inercija tela manifestira se kao sila centrifugalnog smera, koja anulira privlačnu silu, tj. silu centripetalnog smera, 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 priroda i veličina. Izraz za veličinu gravitacije je

F = GMm/R² ,

a za veličinu gravipetalne sile:

F_gp = 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 -------- funkcija -------- reakcija -------- posledica

gravitacija - gravipetalna -- 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 samo ako neka od fundamentalnih sila služi kao centripetalna sila – gravipetalna, elektropetalna, magnetopetalna i nukleopetalna. Reakcije na centripetalno dejstvovanje fundamentalnih sila - gravifugalna, elektrofugalna magnetofugalna i nukleofugalna - uvek su reaktivne sile ili pseudosile - manifestacije inertnosti mase.

Čvrstoća - lat. 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 tela.

Fizičke činjenice i zakoni koji omogućuju da shvatimo zašto se pojavljuje stvarna levitacija

U slučaju rotacije čvrstog tela, veličine solidopetalne i solidofugalne sile uvek su jednake i suprotnog smera (Newton 3). Veličina im je proporcionalna brzini rotacije čvrstog tela:

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 smera, ali su obje sile obrnuto proporcionalne brzini rotacije, tj. orbitiranja.

Ako, npr. povećamo brzinu nekog tela (pri kretanju koje je okomito na smer delovanja 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 tela. Zbog Zemljine rotacije, npr. na ekvatoru, zbog brzine od 464 m/sec. tela 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.Tako se povećava "visina", odnosno radius kretanja, R umetnih satelita. No kad se postigne željena visina, tj. željeni radius,R, brzina im se opet smanjuje.

Zašto?

Imajući na umu da, povećavanjem radiusa orbitiranja, R, eksponencijalno (za R²), smanjujemo gravipetalnu silu (tj. gravitaciju koja vrši funkciju centripetalne sile), lako ćemo razumeti zašto tela koja orbitiraju na većim visinama trebaju imati manju linearnu, ili perifernu brzinu orbitiranja. Vidi prethodni tekst i jednačinu:

F^gp = GMm/R² – mv²/R

Treći faktor koji omogućuje stvarnu levitaciju za sada još nema neko naučno objašnjenje, kao ni sama gravitacija, ali je dobro poznat način njegovog ponašanja. Radi se o inerciji. Ona se uvek opire promeni brzine ili smera kretanja. Da nema inercije, gravitacijsko ubrzanje telesa bilo bi neusporedivo veće nego što stvarno jest, no inercija ga radikalno smanuje. Pri kružnom kretanju tela oko hvatišta gravitacijske, tj. gravipetalne sile, inercija se opire promeni smera kretanja i manifestuje kao gravifugalna, repulzivna, odbojna, sila u odnosu na gravitaciju. Pri brzini satelizacije inercija neutrališe gravitaciju i omogućuje lebdenje, a pri povećanju brzine iznad brzine satelizacije, «odbija», tj. udaljava promatrano telo od nebeskog tela oko kojeg orbitira.

Popularni odnos prema levitaciji

Takozvani trezveni ljudi, koji su najčešće skeptični, redovito potpuno previđaju onu stvarnost levitacije koja je gore bila opisana, pa o ovoj pojavi misle na osnovu predrasude: da nije moguća i da nikad neće biti ni postignuta. S druge strane pak, ono neosvešteno mišljenje, koje optimistično veruje u mogućnost levitacije, također previđa njenu stvarnost i najčešće ju povezuje sa «antigravitacijom», pa podrazumeva da bi levitacija trebala biti posledica dejstvovanja nekakve antigravitacione sile, polja, ili pak, antimaterije.

No antigravitaciona levitacija, o kojoj se najčešće govori, još nigde nije detektirana, a niti pojmljena, shvaćena. Za sada postoji samo u formi nekakve nejasne, nedefinirane opšte želje za oslobođenjem od gravitacije. Na bazi suvremene nauke nije moguće razumeti unutarnju strukturu te želje, niti njenu zbiljsku, fizičku bazu. Isto važi i za tzv. antigravitacionu silu. I ona, za sada postoji samo kao potpuno nejasna, proturečna fantazmagorija, bazirana isključivo na onoj želji. Nema nikakvog dokaza o uspešnom stvaranju nekakvog antigravitacionog 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, kako pokazuje dosadašnje naučno iskustvo, stvar želje, religijskih verovanja ili praznoverja. O slučajevima levitiranja nekih svetih ljudi ili jogina, o kojima se već odavno izveštava, ne može se razumno i egzaktno govoriti bez opravdane i temeljite skepse.

Spoljašnje veze

• Četvrta dimenzija