Гравитация. Сила тяжести. Равновесие сил. Прочность материала.

Если сделать кольцо из металла диаметром на сто метров больше земного, то оно будет висеть в воздухе так как все силы будут уравновешены? (О, это был бы идеальный транспортный путь). И конструкция не должна ломаться из-за недостатка прочности, потому что нет опор, а вектор силы тяжести постоянно меняет направление к центру земли?

А в течение какого времени силы будут уравновешены? Вы не в курсе, что центр тяжести Земли подвижен относительно поверхности? Даже если подвесить не для транспорта (который будет оказывать несбалансированное силовое воздействие), а лишь «для красоты», то не пройдёт и получаса «свободного висения» без опор, как ваше кольцо рухнет, ударившись каким-нибудь местом о грунт.

То, что центр тяжести земли подвижен я не знаю, думал всегда, что направлен к центру земли, а иначе не понимаю как используют строители уровень и отвесы. Если вы пишете про центр тяжести земля-луна, то неужели он учитывается при определении направления центра тяжести на земле?

Уточняю — описывается кольцо вокруг земли проходящее, например, через экватор или один из меридианов.

По моему в теории на каждую часть кольца будет действовать равная гравитация по всей окружности земли и кольцо должно висеть в воздухе, так как сила гравитации будет сама себя уравновешивать. Можно поподробнее в чём эта теория не верна?

Я написал о центре именно Земли, которая не есть жёсткий монолит неизменной формы. Из-за приливных движений океана и мягких внутренностей планеты её центр масс ежедневно смещается туда-сюда. Но пусть даже он колеблется с амплитудой в десятки метров, угол отклонения отвеса лишь на доли градуса будет отличаться утренний от вечернего, чего никто не заметит. Это допустимая погрешность, ветром здания шатает гораздо сильнее. Но они стоят на опоре, а ваше кольцо без опор вскоре уплывёт в сторону.
Да вот и другая встреча теории с реальностью: ветровую, более мощную, нагрузку никак не сбалансировать. Не станете же ради этого откачивать воздух из атмосферы. И замораживать планету в монолит, чтобы гравитацию уравновесить навсегда.
Так что лучше не устраивать экологический терроризм, а создать сначала свою планету с необходимыми для проекта свойствами и экспериментировать на ней.

Хорошо. Один из вопросов.
Создаю массивное гравитирующие тело с равномерным распределением массы в закромах вселенной спрятавшись от влияния других масс. Это гравитирующая масса без атмосферы или с абсолютно спокойной атмосферой. Тогда кольцо висит и не падает?
Другой вопрос с возвращением к земле.
Избегаю влияния ветров делая кольцо на 200 км больше радиуса земли. И для лучшего равновесия добавляю ещё 3 кольца по меридианам и одно по экватору; на пересечениях в полюсах конструирую равную массу соответствующую всей окружности. На экваториальном кольце ставлю реактивный двигатель на рельсах создающий противодействие притяжению луны. Теперь висит конструкция над землёй?

К первому вопросу: идеальная конструкция в неизменно идеальных условиях, пока они сохраняются, провисит долго, не падая. Но поскольку равновесие действующих гравитационных сил на кольцо неустойчиво, а в реальности абсолютно точного совмещения центра кольца с центром планетного шара достичь принципиально невозможно, то малейшее оставшееся незамеченным отклонение будет со временем сверхпропорционально расти и когда-нибудь (возможно, не скоро) кольцо обязательно завалится, если не делать регулярные наблюдения и силовую корректировку его положения (а это практически неразрешимая проблема из-за гибкости любого реального материала).

Ко второму вопросу: из-за той же неустойчивости гравитационного равновесия вынос кольца за пределы земной атмосферы поможет лишь отсрочить неизбежное падение. Я не понял, как двигатель на рельсах будет противодействовать – нужна схема. И не понял, как дополнительные кольца помогут удержать равновесие, соединены ли они или нет и что за дополнительная масса на полюсах – без схемы не разобраться.

Я пока не рассматривал вопрос прочности материала кольца. Вообще-то на противоположные части кольца будут действовать противоположно направленные силы гравитации, которые будут плющить кольцо, и такое механическое напряжение ни один существующий материал не выдержит. Конечно, можно попытаться раскрутить кольцо в его плоскости, чтобы центробежные силы уравновешивали гравитационные. Но и тут вас постигнет неудача, поскольку неоднородность земного гравитационного поля менее одной статысячной доли разорвёт даже идеально однородное металлическое кольцо на куски уже через полминуты после того, как его отпустят в свободное плавание.

Плющить кольцо гравитация не будет, нету противоположных сил которым не будет сопротивления. На каждую угловую секунду действует по вектору одинаковая сила тяжести. И сжимать кольцо в меньшей диаметр тоже не будет.
А боковые смещения также должны уравновешиваться, если начнётся смещение, то это переход на другой меридиан.
И совместить точно центры тяжести и кольца также не проблема — это абсолютная симметрия в одной плоскости.
Это должна быть само-компенсирующе-стабилизирующаяся система.
Не переубедили и остаюсь при мнении, что можно в теории не временно повесить кольцо, а навсегда.
Спасибо вам за ответы.

Вот и попробуйте подтвердить свои предположения точными расчётами, если удастся:
1. Даже в идеальных симметричных условиях на соседние участки кольца размером в угловую секунду действуют силы гравитации, направленные не параллельно, а сходящиеся под углом в ту же угловую секунду. Вертикальная компонента силы направлена на уменьшение диаметра кольца, а горизонтальные компоненты (вдоль кольца) со стороны соседей будут стремиться сжимать кольцо. Следовательно, для равновесия необходимы силы сопротивления материала кольца. Вот и продемонстрируйте расчётом необходимую величину этих сил и сравните с прочностью имеющихся материалов на сжатие.
2. Теперь для реальных условий неоднородной земной гравитации рассчитайте наибольшую величину поперечной силы и сравните с прочностью материала на сдвиговый разрыв.
3. Совместить центры лишь на бумаге легко. Но при размере в тысячи километров позиционировать объект в пространстве с точностью до межатомного размера нереально. Да и куда после этого денете силовые агрегаты? Если оставите их на месте, то нарушите симметрию. Если прикажете отстыковаться и улететь, то тем толкнёте кольцо, в нём начнутся колебания и симметрия тоже разрушится.
4. Слова, что должна быть самостабилизирующаяся система – правильные, если акцент на правильное слово ставите. Но гравитационно связанные кольцо и шар, пусть даже абсолютно симметричные, ни при каких условиях не будут обладать естественной стабильностью (посмотрите для примера, что творится с «кольцами» Сатурна). Значит, это автор проекта должен обеспечить стабилизацию другими средствами (костылями). Вот и рассчитайте, сколько и каких ресурсов ежедневно для этого понадобится.

1. Тут и рассчитывать нечего! Не будет неуравновешенных сил! На кольцо со стороны земли будет действовать сила по всем 360 градусам. На каждую угловую секунду сила действуют не со всей массой кольца! Соседние массы для горизонтальных сил тоже будут уравновешены; проведите из любой точки кольца миллион векторов к частям кольца и из каждой другой точки соединения тоже вектора ко всем точкам — эти силы самоуравновесятся!
2. Никаких поперечных сил неуравновешенных не будет! Это почти идеальный шар и кольцо, всё будет уравновешенно!
3. Точность до межатомного размера здесь не нужна. Вы ещё написали бы, что квантовая неопределенность не разрешит конструкцию или, что на высоте во избежания ветра не будет сопротивления внешнего давления, а так как атомы в кольце движутся, то со временем кольцо начнёт волноваться и в итоге разрушиться.
Кольцо висело бы и без силового агрегата. А двигатель противодействующий луне, если это необходимо рассматривать, ездил бы на рельсах в противофазе луне с расчетом необходимой выдаваемой мощности и угла отклонения.
4. Тут на какое слово акцент не ставить, если не иметь в виду, что прям обязана существовать, всё одно и тоже будет и верно.
Как раз такая система шара и кольца будут обладать естественной стабильностью — это система устойчивого равновесия!
Если её повесить только для красоты, то и дополнительных ресурсов не потребуется.

«Нечего рассчитывать» – это дилетантский подход. Ни один крупномасштабный проект не защищают без расчётов. Вам эксперт возразил по двум принципиальным позициям: даже в системе идеально симметричных тел механические напряжения в проектируемой конструкции превысят прочность существующих материалов и силовое равновесие с телом такой формы является неустойчивым во времени. Вы в ответ просто повторили своё несогласие с мнением эксперта, никакими серьёзными аргументами не поддержав свою позицию. Ну и кому поверит больше потенциальный инвестор, как думаете?

1. Никто не спорит, что внешние силы (гравитации) не уравновешены. При идеальной центровке они уравновешены. Проблема в том, что объект габаритный и помещается в неоднородное силовое поле, поэтому в нём возникнут внутренние продольные механические напряжения. Оцените численно их величину.
2. Вот именно что 'почти'. Вообще-то на Земле есть горные хребты и разница высот разных участков земной поверхности превышает тысячную долю от радиуса планеты. И плотность горных пород неравномерно распределена в южном и в северном полушарии. Вот эта неоднородность массы будет создавать поперечные механические напряжения. Оцените и их тоже.
3,4. А вот рассмотрите модельную задачу небесной механики, когда кольцо и шар расцентрованы и найдите, куда направлена равнодействующая гравитационная сила и как она зависит от расстояния между центрами.
Вот тогда и обсудим новые данные и аргументы.

Уговорили, не пойду к инвесторам и даже патентовать не буду.
Спасибо за консультацию. Но у меня остаются сомнения, что всё же с современным возможностями вычислений, измерений (для правильного расположения массы по окружности кольца) и производственных точностей в микроны, и разработок новых материалов; можно будет когда-нибудь рассматривать создание проекта, конечно только в теории.
Спасибо.

1.На неподвижном блоке уравновешены два груза по 100 г каждый.Какой массы перегрузок надо положить на один из грузов, чтобы система пришла в движение с ускорением 0,2 м/с.?