KUINKA VAHVA ON PAINOVOIMA MAAN PääLLä?

Send

Painovoima on melko mahtava perusvoima. Jos se ei ollut maapallon mukavalle 1 g, joka saa esineet putoamaan kohti maata nopeudella 9,8 m / s², me kaikki kelluisimme avaruuteen. Ja ilman sitä, kaikki meillä olevat maalla olevat lajit kuihtuvat hitaasti ja kuolevat lihaksidemme rappeutumisen myötä, luumme muuttuivat hauraiksi ja heikoiksi ja elimemme lakkasivat toimimasta kunnolla.

Joten voidaan liioittelematta sanoa, että painovoima ei ole vain tosiasia elämästä täällä maan päällä, vaan myös sen edellytys. Koska ihmisillä näyttää kuitenkin olevan aikomus päästä pois tästä kalliosta - päästäkseen niin kuin maan "surlyisistä siteistä" - on välttämätöntä ymmärtää maan painovoimaa ja sitä, mitä se tarvitsee paetakseen. Joten kuinka vahva Maan painovoima on?

Määritelmä:

Hajottaaksesi sen, painovoima on luonnollinen ilmiö, jossa kaikki esineet, joilla on massa, viedään toisiaan kohti - ts. Asteroidit, planeetat, tähdet, galaksit, superklusterit jne. Mitä enemmän esineellä on massaa, sitä enemmän painovoimaa se käyttää sen ympärillä olevissa esineissä. Kohteen painovoima riippuu myös etäisyydestä - ts. Määrä, jonka se kohdistaa esineeseen, pienenee etäisyyden kasvaessa.

Painovoima on myös yksi neljästä perusvoimasta, jotka hallitsevat kaikkia vuorovaikutuksia luonnossa (heikon ydinvoiman, voimakkaan ydinvoiman ja sähkömagneettisuuden ohella). Näistä voimista painovoima on heikoin, noin 10³⁸ kertaa heikompi kuin voimakas ydinvoima, 10³⁶ kertaa heikompi kuin sähkömagneettinen voima ja 10²⁹ kertaa heikompi kuin heikko ydinvoima.

Seurauksena on, että painovoimalla on merkityksetön vaikutus aineeseen pienimmissä asteikoissa (ts. Subatomiset hiukkaset). Makroskooppisella tasolla - planeettojen, tähtijen, galaksien jne. Tasolla - gravitaatio on kuitenkin hallitseva voima, joka vaikuttaa aineen vuorovaikutukseen. Se aiheuttaa tähtitieteellisten kappaleiden muodostumisen, muodon ja etenemissuunnan sekä hallitsee tähtitieteellistä käyttäytymistä. Sillä oli myös merkittävä rooli varhaisen maailmankaikkeuden evoluutiossa.

Se oli vastuussa aineesta, joka ryhmittyi yhteen muodostaen kaasupilviä, jotka läpikäyivät painovoiman, ja muodostivat ensimmäiset tähdet - jotka sitten vedettiin yhteen ensimmäisten galaksien muodostamiseksi. Ja yksittäisissä tähtijärjestelmissä se aiheutti pölyn ja kaasun yhdistymisen planeettojen muodostamiseksi. Se säätelee myös planeettojen kiertoratoja tähtien ympärillä, kuiden planeettojen ympärillä, tähtien kiertoa galaksien keskuksen ympäri ja galaksien yhdistämistä.

Yleinen painovoima ja suhteellisuus:

Koska energia ja massa ovat samanarvoisia, myös kaikki energian muodot, mukaan lukien valo, aiheuttavat gravitaation ja ovat sen vaikutuksen alaisia. Tämä on yhdenmukaista Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian kanssa, joka on edelleen paras tapa kuvata painovoiman käyttäytymistä. Tämän teorian mukaan painovoima ei ole voima, vaan seuraus avaruuden ajan kaarevuudesta, jonka aiheuttaa massan / energian epätasainen jakautuminen.

Äärimmäisin esimerkki tästä avaruusajan kaarevuudesta on musta aukko, josta mikään ei pääse. Mustat aukot ovat yleensä supernopeuden saavuttaneen supermassiivisen tähden tuote, joka jättää taakse valkoisen kääpiön jäännöksen, jolla on niin paljon massaa, sen poistumisnopeus on suurempi kuin valon nopeus. Painovoiman lisääntyminen johtaa myös painovoima-ajan dilaatioon, jossa ajan kuluminen tapahtuu hitaammin.

Useimmissa sovelluksissa painovoima selitetään kuitenkin parhaiten Newtonin universaalin gravitaation lailla, jonka mukaan painovoima esiintyy vetovoimena kahden kehon välillä. Tämän vetovoiman lujuus voidaan laskea matemaattisesti, missä vetovoima on suoraan verrannollinen niiden massien tuotteeseen ja käänteisesti verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön.

Maan painovoima:

Maapallolla painovoima antaa fyysisille esineille painoarvoa ja aiheuttaa valtameren vuorovesiä. Maan painovoiman voima on seurausta planeettojen massasta ja tiheydestä - 5,97237 × 10²⁴ kg (1,31668 × 10²⁵ lbs) ja 5,514 g / cm³vastaavasti. Tämä johtaa siihen, että maapallon painovoima on 9,8 m / s² lähellä pintaa (tunnetaan myös nimellä 1 g), joka luonnollisesti pienenee kauempana pinnasta.

Lisäksi maan painovoima muuttuu tosiasiallisesti sen mukaan, missä seisot. Ensimmäinen syy on, koska maa pyörii. Tämä tarkoittaa, että maapallon painovoima päiväntasaajalla on 9,789 m / s², kun taas painovoima napoilla on 9,832 m / s². Toisin sanoen punnitset napoja enemmän kuin päiväntasaajalla tämän centripetaalivoiman vuoksi, mutta vain hiukan enemmän.

Lopuksi, painovoima voi muuttua riippuen siitä, mikä on maan alla alla. Suuremmat massapitoisuudet, kuten tiivis kivi tai mineraalit, voivat muuttaa tuntemaasi painovoimaa. Mutta tämä summa on tietysti liian pieni ollakseen havaittavissa. NASA-operaatiot ovat kartoittaneet maan painovoimakentän uskomattoman tarkkuudella ja osoittaneet sen voimakkuuden vaihtelut sijainnista riippuen.

Painovoima pienenee myös korkeuden kanssa, koska olet kauempana maapallon keskustasta. Voiman vähennys vuoren huipulle kiipeilystä on melko minimaalista (0,28% vähemmän painovoimaa Mount Everestin huipulla), mutta jos olet riittävän korkea saavuttamaan kansainvälisen avaruusaseman (ISS), koet 90% painovoiman voimasta, jonka tuntisit pinnalla.

Koska asema on vapaan pudotuksen tilassa (ja myös avaruuden tyhjiössä), ISS: n aluksella olevat esineet ja astronautit voivat kellua. Periaatteessa, koska kaikki aseman laivalla laskee samalla vauhdilla kohti maata, ISS: llä olleilla tuntuu olevan painoton - vaikka he painavat silti noin 90% siitä mitä he haluavat maan pinnalla.

Maapallon painovoima on vastuussa myös planeetaltamme, jonka "poistumisnopeus" on 11,186 km / s (tai 6,951 mi / s). Pohjimmiltaan tämä tarkoittaa, että raketin on saavutettava tämä nopeus ennen kuin se voi toivoa pääsevänsä eroon maan painosta ja pääsemään avaruuteen. Ja useimmissa rakettien laukaisuissa suurin osa heidän työntövoimastaan on omistettu pelkästään tähän tehtävään.

Koska maapallon painovoima ja gravitaatiovoima eroavat muihin kehoihin - kuten Kuu (1,62 m / s²; 0,16654)g) ja Mars (3 711 m / s²; 0,376 g) - tutkijat ovat epävarmoja siitä, mitä vaikutuksia olisi astronauteille, jotka olivat käyneet pitkäaikaisissa tehtävissä näihin ruumiin.

Vaikka tutkimukset ovat osoittaneet, että mikrogravitaation (ts. ISS: n) pitkäkestoisilla tehtävillä on haitallisia vaikutteita astronautien terveyteen (mukaan lukien luutiheyden menetys, lihasten rappeutuminen, elinten ja näkökykyjen vaurioituminen), tutkimuksia ei ole tehty alemman painovoiman ympäristöissä. Mutta kun otetaan huomioon useat ehdotukset, jotka koskevat paluuta Kuuhun, ja NASA: n ehdotuksen "Matka Marsiin", kyseisen tiedon pitäisi olla tulossa!

Maanpäällisinä olentoina meitä ihmisiä siunatään ja kirotaan sekä maan painon voimasta. Toisaalta se tekee avaruuteen pääsyn melko vaikeaksi ja kalliiksi. Toisaalta se varmistaa terveytemme, koska lajimme on miljardien vuosien lajien evoluution tuote, joka tapahtui 1 g ympäristössä.

Jos toivomme koskaan tulevan todella avaruuteen ulottuvaksi ja planeettojenväliseksi lajeksi, selvitämme paremmin, miten aiomme käsitellä mikropainoisuutta ja alempaa painovoimaa. Muuten kukaan meistä ei todennäköisesti pääse maailman ulkopuolelle kauan!

Olemme kirjoittaneet monia artikkeleita Earth for Space -lehdestä. Tässä on mistä painovoima tulee ?, kuka löysi painovoiman ?, miksi maapallo on pyöreä? Miksi aurinko ei varasta kuuta? Voisimmeko tehdä keinotekoista painovoimaa? Ja ”Potsdam gravitaatioperuna” näyttää maan painon muutokset .

Haluatko lisää resursseja maan päällä? Tässä on linkki NASA: n ihmisen avaruuslennon sivulle, ja tässä on NASA: n Visible Earth.

Olemme myös nauhoittaneet jakson Astronomia-näyttelijöistä, jotka on kerätty maasta, osana kiertomatkamme aurinkokunnan läpi - jakso 51: Maa ja jakso 318: Escape Velocity.

Lähteet: