Tyngdekraft er en grunnleggende fysikkkraft, en som vi jordboere har en tendens til å ta for gitt. Du kan ikke klandre oss virkelig. Etter å ha utviklet seg i løpet av milliarder av år i jordens miljø, er vi vant til å leve med trekk fra en jevn 1 g (eller 9,8 m / s²). For de som har gått ut i verdensrommet eller satt foten på Månen, er tyngdekraften imidlertid en veldig påfallende og dyrebar ting.
I utgangspunktet er tyngdekraften avhengig av masse, der alle ting - fra stjerner, planeter og galakser til lys og subatomære partikler - tiltrekkes av hverandre. Avhengig av objektets størrelse, masse og tetthet, varierer gravitasjonskraften den utøver. Og når det gjelder planetene i vårt solsystem, som varierer i størrelse og masse, varierer tyngdekraften på overflatene deres betydelig.
For eksempel tilsvarer jordens tyngdekraft, som allerede nevnt, 9,80665 m / s² (eller 32,174 ft / s²). Dette betyr at en gjenstand, hvis den holdes over bakken og slipper taket, vil akselerere mot overflaten med en hastighet på omtrent 9,8 meter for hvert sekund med fritt fall. Dette er standarden for å måle tyngdekraften på andre planeter, som også er uttrykt som en enkelt g.
I samsvar med Isaac Newtons lov om universell gravitasjon, kan gravitasjonsattraksjonen mellom to kropper uttrykkes matematisk som F = G (m¹m² / r²) - hvorF er kraften, m1 og m2 er massene av gjenstandene som samhandler, r er avstanden mellom massesentrene og G er gravitasjonskonstanten (6,674 × 10-11 N m2/ kg2 ).
Basert på deres størrelser og masser, uttrykkes tyngdekraften på en annen planet ofte i form av g enheter så vel som med hensyn til hastigheten på fritt fall-akselerasjon. Så hvordan stables planetene i solsystemet vårt når det gjelder tyngdekraften sammenlignet med jorden? Som dette:
Gravity on Mercury:
Med en gjennomsnittsradius på omtrent 2440 km og en masse på 3,30 × 1023 kg, kvikksølv er omtrent 0,383 ganger jordens størrelse og bare 0,055 så massiv. Dette gjør Merkur til den minste og minst massive planeten i solsystemet. Imidlertid, takket være den høye tettheten - en robust 5.427 g / cm3, som bare er litt lavere enn Jordas 5,514 g / cm3 - Kvikksølv har en overflatevekt på 3,7 m / s², som tilsvarer 0,38 g.
Tyngdekraft på Venus:
Venus ligner på Jorden på mange måter, og det er derfor den ofte omtales som ”Jordens tvilling”. Med en gjennomsnittlig radius på 4.6023 × 108 km2, en masse på 4,88675 × 1024 kg, og en tetthet på 5,243 g / cm3, Venus er ekvivalent i størrelse til 0.9499 jordarter, 0,815 ganger så massiv, og omtrent 0,95 ganger så tett. Derfor er det ingen overraskelse hvorfor tyngdekraften på Venus er veldig nær jordens - 8,87 m / s2, eller 0,904 g.
Gravity on the Moon:
Dette er en astronomisk kropp hvor mennesker har vært i stand til å teste ut påvirkningene av redusert tyngdekraft i person. Beregninger basert på den gjennomsnittlige radius (1737 km), masse (7.3477 x 10²² kg), og tetthet (3.3464 g / cm³), og oppdragene som er utført av Apollo-astronautene, har overflatetyngdekraften på Månen blitt målt til å være 1,62 m / s2 eller 0,1654 g.
Gravity on Mars:
Mars er også lik Jorda på mange viktige måter. Når det gjelder størrelse, masse og tetthet, er Mars imidlertid relativt liten. Faktisk tilsvarer den gjennomsnittlige radius på 3.389 km tilsvarer omtrent 0,53 jord, mens dens masse (6.4171 × 1023 kg) er bare 0,107 jordarter. Dens densitet er i mellomtiden omtrent o,71 av jordene, og kommer inn på en relativt beskjeden 3,93 g / cm³. På grunn av dette har Mars 0,38 ganger jordens tyngdekraft, som fungerer ut til 3,711 m / s².
Gravity on Jupiter:
Jupiter er den største og mest massive planeten i solsystemet. Den gjennomsnittlige radius, på 69 911 ± 6 km, gjør den til 10,97 ganger Jordens størrelse, mens dens masse (1,8986 × 1027 kg) tilsvarer 317,8 jordarter. Men som en gassgigant, er Jupiter naturlig nok mindre tett enn Jorden og andre landlige planeter, med en gjennomsnittlig tetthet på 1,326 g / cm3.
Dessuten har Jupiter, som en gassgigant, ikke en sann overflate. Hvis man skulle stå på den, ville de ganske enkelt synke til de til slutt kom til den (teoretiserte) faste kjernen. Som et resultat er Jupiters overflatetyngdekraft (som er definert som tyngdekraften ved skyetoppene) 24,79 m / s, eller 2,528 g.
Gravity on Saturn:
Som Jupiter er Saturn en enorm gassgigant som er betydelig større og mer massiv enn Jorden, men langt mindre tett. Kort sagt, den gjennomsnittlige radiusen er 58232 ± 6 km (9.13 Earths), og dens masse er 5.6846 × 1026 kg (95,15 ganger så massiv), og har en tetthet på 0,687 g / cm3. Som et resultat er dens tyngdekraft (igjen, målt fra toppen av skyene) bare litt mer enn Jordens, som er 10,44 m / s² (eller 1,065 g).
Tyngdekraft på Uranus:
Med en gjennomsnittlig radius på 25.360 km og en masse på 8.68 × 1025 kg, er Uranus omtrent 4 ganger jordens størrelse og 14,536 ganger så massiv. Som en gassgigant er dens densitet (1,27 g / cm)3) er betydelig lavere enn Jordens. Derfor er dens tyngdekraft (målt fra skyetoppene) litt svakere enn Jorden - 8,69 m / s2eller 0,886 g.
Gravity on Neptune:
Med en gjennomsnittsradius på 24.622 ± 19 km og en masse på 1.0243 × 1026 kg, er Neptune den fjerde største planeten i solsystemet. Alt i alt er den 3,86 ganger størrelsen på jorden og 17 ganger så massiv. Men som en gassgigant har den en lav tetthet på 1.638 g / cm3. Alt dette går ut til en overflatetyngde på 11,15 m / s2 (eller 1,14 g), som igjen måles ved Neptunes sky-topper.
Alt i alt kjører tyngdekraften spekteret her i solsystemet, alt fra 0,38 g på Merkur og Mars til kraftige 2,528 g på toppen av Jupiters skyer. Og på månen, hvis astronauter har dristet seg, er det en veldig mild 0,1654 g, noe som tillot fra noen morsomme eksperimenter i nesten vektløshet!
Å forstå effekten av tyngdekraften på menneskekroppen har vært essensiell for romfarten, spesielt når det gjelder langvarige oppdrag i bane og til den internasjonale romstasjonen. I løpet av de kommende tiårene vil det være nyttig å vite hvordan man simulerer det når vi begynner å sende astronauter på dype romoppdrag.
Og selvfølgelig, å vite hvor sterk den er på andre planeter, vil selvfølgelig være avgjørende for bemannede oppdrag (og kanskje til og med bosetting) der. Med tanke på at menneskeheten utviklet seg i et miljø på 1 g, kunne det å vite forskjellen mellom liv og død, vite hvordan vi kommer til å fare på planeter som bare har en brøkdel av tyngdekraften.
Vi har skrevet mange interessante artikler om tyngdekraften her på Space Magazine. Her er hvor rask er tyngdekraften ?, Hvor kommer tyngdekraften fra? og hvordan vi vet at tyngdekraften ikke er (bare) en styrke.
Og her kan vi lage kunstig tyngdekraft? og definerer "Spooky Action" tyngdekraften?
For mer informasjon, sjekk ut NASAs side med tittelen “The Constant Pull of Gravity” og Newtons tyngdelov.
Astronomy Cast har også en episode, med tittelen Episode 102: Gravity.
