Grawitacja jest dość niesamowitą siłą podstawową. Gdyby nie wygodna Ziemia 1 sol, który powoduje, że przedmioty spadają w kierunku Ziemi z prędkością 9,8 m / s², wszyscy odpłyniemy w kosmos. Bez tego wszystkie gatunki lądowe powoli uschną i umrą, gdy nasze mięśnie zwyrodnią się, nasze kości staną się kruche i słabe, a nasze narządy przestaną prawidłowo funkcjonować.
Można więc powiedzieć bez przesady, że grawitacja jest nie tylko faktem życia tutaj na Ziemi, ale warunkiem koniecznym. Ponieważ jednak ludzie wydają się być gotowi zejść z tej skały - jakby uciec przed „gburowatymi więzami Ziemi” - konieczne jest zrozumienie grawitacji Ziemi i tego, co jest potrzebne do jej ucieczki. Więc jak silna jest grawitacja Ziemi?
Definicja:
Aby ją rozbić, grawitacja jest naturalnym zjawiskiem, w którym wszystkie rzeczy, które posiadają masę, zbliżają się do siebie - tj. Asteroidy, planety, gwiazdy, galaktyki, supergromady itp. Im większa masa ma obiekt, tym większa będzie grawitacja na przedmiotach wokół niego. Siła grawitacyjna obiektu jest również zależna od odległości - tj. Ilość, jaką wywiera na przedmiot, zmniejsza się wraz ze wzrostem odległości.
Grawitacja jest także jedną z czterech podstawowych sił, które rządzą wszystkimi interakcjami w przyrodzie (wraz ze słabą siłą jądrową, silną siłą jądrową i elektromagnetyzmem). Spośród tych sił grawitacja jest najsłabsza i wynosi około 1038 razy słabsze niż silne siły jądrowe, 1036 razy słabsze niż siła elektromagnetyczna i 1029 razy słabsze niż słaba siła nuklearna.
W konsekwencji grawitacja ma znikomy wpływ na materię w najmniejszej skali (tj. Cząstki subatomowe). Jednak na poziomie makroskopowym - planet, gwiazd, galaktyk itp. - grawitacja jest dominującą siłą wpływającą na interakcje materii. Powoduje powstawanie, kształt i trajektorię ciał astronomicznych oraz reguluje zachowanie astronomiczne. Odegrał także ważną rolę w ewolucji wczesnego Wszechświata.
Odpowiadał za zlepianie się materii i tworzenie chmur gazu, które uległy zapadkowi grawitacyjnemu, tworząc pierwsze gwiazdy - które następnie zostały połączone razem, tworząc pierwsze galaktyki. A w ramach poszczególnych układów gwiezdnych powodował, że pył i gaz zlewały się, tworząc planety. Rządzi także orbitami planet wokół gwiazd, księżyców wokół planet, rotacją gwiazd wokół centrum ich galaktyki oraz łączeniem się galaktyk.
Uniwersalna grawitacja i względność:
Ponieważ energia i masa są równoważne, wszystkie formy energii, w tym światło, również powodują grawitację i znajdują się pod jej wpływem. Jest to zgodne z ogólną teorią względności Einsteina, która pozostaje najlepszym sposobem opisania zachowania grawitacji. Zgodnie z tą teorią grawitacja nie jest siłą, lecz konsekwencją krzywizny czasoprzestrzeni spowodowanej nierównomiernym rozkładem masy / energii.
Najbardziej ekstremalnym przykładem tej krzywizny czasoprzestrzeni jest czarna dziura, z której nic nie może uciec. Czarne dziury są zwykle produktem supermasywnej gwiazdy, która przeszła po supernowej, pozostawiając po sobie resztkę białego karła, która ma tyle masy, że jej prędkość ucieczki jest większa niż prędkość światła. Wzrost grawitacji powoduje również rozszerzenie grawitacyjne czasu, w którym upływ czasu następuje wolniej.
Jednak w większości zastosowań grawitację najlepiej tłumaczy prawo powszechnej grawitacji Newtona, które stwierdza, że grawitacja istnieje jako przyciąganie między dwoma ciałami. Siłę tego przyciągania można obliczyć matematycznie, gdzie siła przyciągania jest wprost proporcjonalna do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.
Grawitacja Ziemi:
Na Ziemi grawitacja obciąża obiekty fizyczne i powoduje przypływy oceanów. Siła grawitacji Ziemi jest wynikiem masy i gęstości planet - 5,97237 × 1024 kg (1,31668 × 1025 funty) i 5,514 g / cm3odpowiednio. Powoduje to, że Ziemia ma siłę grawitacji 9,8 m / s² blisko powierzchni (znaną również jako 1 sol), co naturalnie zmniejsza się, im dalej od powierzchni.
Ponadto siła grawitacji na Ziemi zmienia się w zależności od tego, gdzie na niej stoisz. Pierwszym powodem jest to, że Ziemia się obraca. Oznacza to, że grawitacja Ziemi na równiku wynosi 9,789 m / s2, podczas gdy siła grawitacji na biegunach wynosi 9,832 m / s2. Innymi słowy, z powodu tej siły dośrodkowej ważysz więcej na biegunach niż na równiku, ale tylko nieco więcej.
Wreszcie siła grawitacji może się zmieniać w zależności od tego, co znajduje się pod ziemią pod tobą. Wyższe stężenia masy, takie jak skały o dużej gęstości lub minerały, mogą zmienić siłę grawitacji, którą odczuwasz. Ale oczywiście ta kwota jest zbyt niewielka, aby była zauważalna. Misje NASA odwzorowały pole grawitacyjne Ziemi z niewiarygodną dokładnością, pokazując różnice w jego sile, w zależności od lokalizacji.
Grawitacja również maleje wraz z wysokością, ponieważ znajdujesz się dalej od centrum Ziemi. Spadek siły od wspinania się na szczyt góry jest dość minimalny (0,28% mniejsza grawitacja na szczycie Mount Everest), ale jeśli jesteś wystarczająco wysoki, aby dotrzeć do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), doświadczyłbyś 90% siły grawitacji, którą poczujesz na powierzchni.
Ponieważ jednak stacja znajduje się w stanie swobodnego spadania (a także w próżni kosmicznej), obiekty i astronauci na pokładzie ISS mogą latać. Zasadniczo, ponieważ wszystko na stacji spada w tym samym tempie w kierunku Ziemi, osoby na pokładzie ISS mają wrażenie, że są nieważkie - mimo że nadal ważą około 90% tego, co mieliby na powierzchni Ziemi.
Grawitacja Ziemi odpowiada również za to, że nasza planeta ma „prędkość ucieczki” 11,186 km / s (lub 6,951 mi / s). Zasadniczo oznacza to, że rakieta musi osiągnąć tę prędkość, zanim będzie mogła uwolnić się od grawitacji Ziemi i dotrzeć do przestrzeni kosmicznej. W przypadku większości startów rakiet większość ich siły napędowej poświęcona jest wyłącznie temu zadaniu.
Ze względu na różnicę między grawitacją Ziemi a siłą grawitacji działającą na inne ciała - takie jak Księżyc (1,62 m / s²; 0,1654sol) i Marsa (3,711 m / s²; 0,376 g) - naukowcy nie są pewni, jakie byłyby skutki dla astronautów, którzy odbyli długoterminowe misje do tych ciał.
Chociaż badania wykazały, że długotrwałe misje w mikrograwitacji (tj. Na ISS) mają szkodliwy wpływ na zdrowie astronautów (w tym utratę gęstości kości, zwyrodnienie mięśni, uszkodzenie narządów i wzroku), nie przeprowadzono badań dotyczących skutków środowiska o niskiej grawitacji. Ale biorąc pod uwagę wiele propozycji powrotu na Księżyc i proponowaną przez NASA „Podróż na Marsa”, informacje te powinny się pojawić!
Jako istoty ziemskie my, ludzie, jesteśmy zarówno błogosławieni, jak i przeklęci siłą grawitacji Ziemi. Z jednej strony sprawia, że dostanie się w kosmos jest raczej trudne i kosztowne. Z drugiej strony zapewnia nasze zdrowie, ponieważ nasz gatunek jest produktem miliardów lat ewolucji gatunków, która miała miejsce w 1 sol środowisko.
Jeśli kiedykolwiek mamy nadzieję stać się naprawdę kosmicznym i międzyplanetarnym gatunkiem, lepiej wymyślimy, jak poradzimy sobie z mikrograwitacją i grawitacją. W przeciwnym razie nikt z nas prawdopodobnie nie wyjdzie poza świat na bardzo długo!
Napisaliśmy wiele artykułów o Earth for Space Magazine. Oto skąd pochodzi grawitacja ?, Kto odkrył grawitację ?, Dlaczego Ziemia jest okrągła ?, Dlaczego Słońce nie kradnie Księżyca ?, Czy możemy zrobić sztuczną grawitację? .
Chcesz więcej zasobów na Ziemi? Oto link do strony NASA Human Spaceflight, a tutaj Visible Earth NASA.
Nagraliśmy także odcinek Astronomy Cast about Earth, w ramach naszej wycieczki po Układzie Słonecznym - Odcinek 51: Ziemia i Odcinek 318: Prędkość ucieczki.
Źródła:
- Wikipedia - grawitacja
- NASA: Space Place - Czym naprawdę jest grawitacja?
- NASA - Gravity Probe B: the Relateivity Mission
