Гравитация - это потрясающая фундаментальная сила. Если бы не было комфортно на Земле 1 гиз-за чего объекты падают на Землю со скоростью 9,8 м / с², мы все уплываем в космос. А без этого все мы, земные виды, медленно увядали и умирали, когда наши мышцы дегенерировали, наши кости становились ломкими и слабыми, а наши органы перестали функционировать должным образом.
Таким образом, можно без преувеличения сказать, что гравитация - это не только факт жизни здесь, на Земле, но и обязательное условие для этого. Тем не менее, поскольку люди, похоже, намерены сойти с этой скалы - как бы ускользнуть от «угрюмых уклонов Земли», - необходимо понимать гравитацию Земли и то, что требуется, чтобы спастись. Так насколько сильна гравитация Земли?
Определение:
Чтобы разрушить это, гравитация - это природный феномен, в котором все обладающие массой объекты приближаются друг к другу - астероиды, планеты, звезды, галактики, супер скопления и т. Д. Чем больше масса объекта, тем больше гравитации он будет оказывать на объектах вокруг него. Гравитационная сила объекта также зависит от расстояния, то есть величина, которую он оказывает на объект, уменьшается с увеличением расстояния.
Гравитация также является одной из четырех фундаментальных сил, которые управляют всеми взаимодействиями в природе (наряду со слабой ядерной силой, сильной ядерной силой и электромагнетизмом). Из этих сил гравитация является самой слабой, составляя примерно 1038 раз слабее, чем сильная ядерная сила, 1036 раз слабее электромагнитной силы и 1029 раз слабее ядерной силы.
Как следствие, гравитация оказывает незначительное влияние на материю в наименьших масштабах (то есть субатомных частиц). Однако на макроскопическом уровне - уровне планет, звезд, галактик и т. Д. - гравитация является доминирующей силой, влияющей на взаимодействия материи. Это вызывает формирование, форму и траекторию астрономических тел, и управляет астрономическим поведением. Это также сыграло важную роль в эволюции ранней Вселенной.
Он был ответственен за слипание вещества, чтобы сформировать газовые облака, которые подверглись гравитационному коллапсу, образовав первые звезды - которые затем были объединены, чтобы сформировать первые галактики. А внутри отдельных звездных систем это привело к слиянию пыли и газа с образованием планет. Он также управляет орбитами планет вокруг звезд, лун вокруг планет, вращением звезд вокруг центра их галактики и слиянием галактик.
Всеобщая гравитация и относительность:
Поскольку энергия и масса эквивалентны, все виды энергии, включая свет, также вызывают гравитацию и находятся под ее влиянием. Это согласуется с Общей теорией относительности Эйнштейна, которая остается лучшим средством описания поведения гравитации. Согласно этой теории, гравитация - это не сила, а следствие искривления пространства-времени, вызванного неравномерным распределением массы / энергии.
Самый крайний пример этой кривизны пространства-времени - черная дыра, из которой ничто не может вырваться. Черные дыры, как правило, являются продуктом сверхмассивной звезды, которая стала сверхновой, оставляя после себя остаток белого карлика, который имеет такую массу, что скорость его побега больше скорости света. Увеличение силы тяжести также приводит к гравитационному замедлению времени, когда течение времени происходит медленнее.
Однако для большинства применений гравитация лучше всего объясняется законом всеобщей гравитации Ньютона, который гласит, что гравитация существует как притяжение между двумя телами. Сила этого притяжения может быть рассчитана математически, где сила притяжения прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Гравитация Земли:
На Земле гравитация придает вес физическим объектам и вызывает приливы океана. Сила гравитации Земли является результатом массы и плотности планет - 5,97237 × 1024 кг (1,31668 × 1025 фунты) и 5,514 г / см3соответственно. Это приводит к тому, что Земля имеет гравитационную силу 9,8 м / с² близко к поверхности (также известный как 1 г), что естественным образом уменьшается по мере удаления от поверхности.
Кроме того, сила гравитации на Земле фактически меняется в зависимости от того, где вы стоите на ней. Первая причина в том, что Земля вращается. Это означает, что сила тяжести Земли на экваторе составляет 9,789 м / с.2при этом сила тяжести на полюсах составляет 9,832 м / с2, Другими словами, из-за этой центростремительной силы вы весите больше на полюсах, чем на экваторе, но лишь немного больше.
Наконец, сила тяжести может меняться в зависимости от того, что находится под Землей под вами. Более высокие концентрации массы, такие как камни высокой плотности или минералы, могут изменить силу гравитации, которую вы чувствуете. Но, конечно, эта сумма слишком мала, чтобы быть заметной. Миссии НАСА нанесли на карту гравитационное поле Земли с невероятной точностью, показывая изменения его силы в зависимости от местоположения.
Гравитация также уменьшается с высотой, так как вы находитесь дальше от центра Земли. Снижение силы от восхождения на вершину горы довольно минимально (сила тяжести на вершине Эвереста на 0,28% меньше), но если вы достаточно высоко, чтобы достичь Международной космической станции (МКС), вы получите 90% силы гравитации вы почувствуете на поверхности.
Однако, поскольку станция находится в состоянии свободного падения (а также в космическом вакууме), объекты и астронавты на борту МКС способны плавать вокруг. По сути, поскольку все на борту станции падает с той же скоростью к Земле, у тех, кто находится на борту МКС, есть ощущение невесомости, даже если они все еще весят около 90% от того, что они будут на поверхности Земли.
Гравитация Земли также является причиной того, что наша планета имеет «скорость выхода» 11,186 км / с (или 6,951 миль / с). По сути, это означает, что ракета должна достичь этой скорости, прежде чем она сможет надеяться вырваться из-под гравитации Земли и достичь космоса. И с большинством запусков ракет большая часть их тяги посвящена одной только этой задаче.
Из-за разницы между силой тяжести Земли и силой гравитации на других телах, таких как Луна (1,62 м / с²; 0,1654г) и Марс (3,711 м / с²; 0,376 г) - ученые не уверены, как это повлияет на космонавтов, которые отправились в длительные миссии на эти тела.
Хотя исследования показали, что длительные полеты в условиях микрогравитации (то есть на МКС) оказывают пагубное влияние на здоровье астронавта (включая потерю плотности кости, дегенерацию мышц, повреждение органов и зрения), никаких исследований, посвященных воздействию среды с низкой гравитацией. Но учитывая многочисленные предложения о возвращении на Луну и предложенное НАСА «Путешествие на Марс», эта информация должна появиться!
Как земные существа, мы, люди, оба благословлены и прокляты силой земного притяжения. С одной стороны, это делает посадку в космос довольно сложной и дорогой. С другой стороны, это обеспечивает наше здоровье, поскольку наш вид является продуктом эволюции видов, которая произошла в течение миллиардов лет. г окружающая обстановка.
Если мы когда-нибудь надеемся стать по-настоящему космическим и межпланетным видом, мы лучше выясним, как мы будем бороться с микрогравитацией и низкой гравитацией. Иначе никто из нас, вероятно, не уйдет из мира надолго!
Мы написали много статей о Земле для Космического Журнала. Вот откуда взялась гравитация? Кто открыл гравитацию? Почему Земля круглая? Почему Солнце не крадет Луну? Можем ли мы создать искусственную гравитацию? ,
Хотите больше ресурсов на Земле? Вот ссылка на страницу НАСА «Человек в космосе», а здесь - «Видимая Земля» НАСА.
Мы также записали эпизод «Астрономической магии о Земле» в рамках нашего путешествия по Солнечной системе - Эпизод 51: Земля и Эпизод 318: Скорость бегства.
Источники:
- Википедия - Гравитация
- НАСА: Космическое место - Что такое гравитация на самом деле?
- НАСА - гравитационный зонд B: миссия относительности
