Gravitace je docela úžasná základní síla. Pokud by to nebylo pohodlné pro Zemi 1 G, což způsobuje, že předměty padají směrem k Zemi rychlostí 9,8 m / s², všichni jsme se vznášeli do vesmíru. A bez toho by nás všechny suchozemské druhy pomalu chřadly a zemřely, když naše svaly degenerovaly, naše kosti se staly křehkými a slabými a naše orgány přestaly řádně fungovat.
Takže lze bez nadsázky říci, že gravitace není jen fakt života tady na Zemi, ale předpokladem pro to. Protože se však zdá, že lidské bytosti mají v úmyslu uniknout z této skály - uniknout tak „surovým poutům Země“, jak tomu bylo - pochopit gravitaci Země a to, co k útěku potřebuje, je nezbytné. Jak silná je gravitace Země?
Definice:
Abychom to rozbili, gravitace je přírodní jev, ve kterém jsou všechny věci, které mají hmotu, přivedeny k sobě - tj. Asteroidy, planety, hvězdy, galaxie, super shluky atd. Čím více hmoty má, tím větší gravitace bude uplatňovat na objektech kolem ní. Gravitační síla objektu je také závislá na vzdálenosti - tj. Množství, které na objekt působí, se zmenšuje se zvětšenou vzdáleností.
Gravitace je také jednou ze čtyř základních sil, které řídí všechny interakce v přírodě (spolu se slabou jadernou silou, silnou jadernou silou a elektromagnetismem). Z těchto sil je gravitace nejslabší, je přibližně 1038 časy slabší než silná jaderná síla, 1036 časy slabší než elektromagnetická síla a 1029 časy slabší než slabá jaderná síla.
V důsledku toho má gravitace zanedbatelný vliv na hmotu v nejmenším měřítku (tj. Subatomické částice). Avšak na makroskopické úrovni - na planetách, hvězdách, galaxiích atd. - je gravitace dominantní silou ovlivňující interakce hmoty. Způsobuje vznik, tvar a trajektorii astronomických těl a řídí astronomické chování. To také hrálo hlavní roli ve vývoji raného vesmíru.
Bylo odpovědné za shlukování hmoty, aby vytvořilo oblaky plynu, které prošly gravitačním zhroucením, a vytvořily první hvězdy - které byly poté spojeny, aby vytvořily první galaxie. A v rámci jednotlivých hvězdných systémů to způsobilo, že se prach a plyn zhlukovaly do planet. Řídí také oběžné dráhy planet kolem hvězd, měsíců kolem planet, rotaci hvězd kolem středu jejich galaxie a sloučení galaxií.
Univerzální gravitace a relativita:
Protože energie a hmotnost jsou rovnocenné, způsobují všechny formy energie, včetně světla, také gravitaci a jsou pod jejím vlivem. To je v souladu s Einsteinovou Všeobecnou teorií relativity, která zůstává nejlepším prostředkem popisujícím gravitační chování. Podle této teorie gravitace není síla, ale důsledek zakřivení prostoročasu způsobeného nerovnoměrným rozložením hmoty / energie.
Nejextrémnějším příkladem tohoto zakřivení spacetime je černá díra, ze které nemůže uniknout nic. Černé díry jsou obvykle produktem superhmotné hvězdy, která prošla supernovou a zanechala pozůstatek bílého trpaslíka, který má tolik hmoty, úniková rychlost je větší než rychlost světla. Nárůst gravitace má také za následek dilataci gravitačního času, kde čas plyne pomaleji.
Pro většinu aplikací je však gravitace nejlépe vysvětlena Newtonovým zákonem o univerzální gravitaci, který uvádí, že gravitace existuje jako přitažlivost mezi dvěma těly. Síla této přitažlivosti může být vypočtena matematicky, kde přitažlivá síla je přímo úměrná součinu jejich hmot a nepřímo úměrná čtverci vzdálenosti mezi nimi.
Gravitace Země:
Na Zemi gravitace dává váhu fyzickým objektům a způsobuje přílivy oceánu. Síla gravitace Země je výsledkem hmotnosti a hustoty planet - 5,97237 × 1024 kg (1 31668 × 10)25 lbs) a 5,514 g / cm3, resp. To má za následek, že Země má gravitační sílu 9,8 m / s² blízko povrchu (také známý jako 1) G), což přirozeně snižuje, čím dál je od povrchu.
Navíc se gravitační síla na Zemi ve skutečnosti mění v závislosti na tom, kde na ní stojíte. Prvním důvodem je to, že Země se otáčí. To znamená, že gravitace Země u rovníku je 9 789 m / s2, zatímco gravitační síla na pólech je 9,832 m / s2. Jinými slovy, vážíte na pólech více než na rovníku kvůli této centripetální síle, ale jen o něco více.
Konečně, gravitační síla se může měnit v závislosti na tom, co je pod Zemí pod vámi. Vyšší koncentrace hmoty, jako jsou horniny nebo minerály s vysokou hustotou, mohou změnit gravitační sílu, kterou cítíte. Ale tato částka je samozřejmě příliš malá na to, aby byla patrná. Mise NASA mapovaly zemské gravitační pole s neuvěřitelnou přesností a ukazovaly rozdíly v jeho síle v závislosti na poloze.
Gravitace také klesá s výškou, protože jste dále od středu Země. Snížení síly z výstupu na vrchol hory je docela minimální (0,28% nižší gravitace na vrcholu Mount Everestu), ale pokud jste dostatečně vysoko na to, abyste dosáhli Mezinárodní vesmírné stanice (ISS), zažili byste 90% gravitační síly, kterou byste cítili na povrchu.
Protože je však stanice ve stavu volného pádu (a také ve vakuu vesmíru), objekty a astronauti na palubě jsou ISS schopny vznášet se kolem. V podstatě, protože všechno na palubě stanice klesá stejnou rychlostí směrem k Zemi, mají ti na palubě ISS pocit, že jsou bez váhy - i když stále váží asi 90% toho, co by na povrchu Země.
Gravitace Země je také zodpovědná za to, že naše planeta má „únikovou rychlost“ 11,186 km / s (nebo 6,951 mil / s). V podstatě to znamená, že raketa musí dosáhnout této rychlosti, než může doufat, že se osvobodí od zemské gravitace a dosáhne vesmíru. A u většiny odpalovacích raket je většina jejich tahu věnována pouze tomuto úkolu.
Kvůli rozdílu mezi gravitací Země a gravitační silou na jiných tělech - jako je Měsíc (1,62 m / s²; 0,1665)G) a Mars (3,711 m / s²; 0,376 g) - vědci si nejsou jisti, jaké by to mělo dopady na astronauty, kteří do těchto těl chodili na dlouhodobé mise.
Studie ukázaly, že dlouhodobé mise v gravitaci (tj. Na ISS) mají škodlivý vliv na zdraví astronautů (včetně ztráty kostní denzity, svalové degenerace, poškození orgánů a zraku), nebyly provedeny žádné studie týkající se účinků prostředí s nižší gravitací. Ale vzhledem k mnohonásobným návrhům na návrat na Měsíc a NASA navrženému „Journey to Mars“ by tyto informace měly být připraveny!
Jako pozemské bytosti jsme my lidé požehnáni i prokleti silou zemské gravitace. Na jedné straně je to do vesmíru poněkud obtížné a drahé. Na druhé straně to zajišťuje naše zdraví, protože náš druh je produktem miliard let vývoje druhů, ke kterému došlo v 1 G životní prostředí.
Pokud někdy doufáme, že se staneme skutečně vesmírným a meziplanetárním druhem, lépe zjistíme, jak se vypořádáme s mikrogravitací a nižší gravitací. Jinak se nikdo z nás pravděpodobně nedostane mimo svět na velmi dlouho!
Napsali jsme mnoho článků o časopisu Earth for Space Magazine. Tady je místo, odkud pochází gravitace?, Kdo objevil gravitaci ?, proč je kolo Země? .
Chcete více zdrojů na Zemi? Zde je odkaz na stránku Human Spaceflight NASA a zde viditelnou Zemi NASA.
V rámci našeho turné po Sluneční soustavě jsme také zaznamenali epizodu Astronomického obsazení o Zemi - Episode 51: Earth a Episode 318: Escape Velocity.
Zdroje:
- Wikipedia - Gravity
- NASA: Space Place - Co je to Gravity Really?
- NASA - Gravity Probe B: Relativity Mission
