HVOR STERK ER TYNGDEKRAFTEN På JORDEN?

Send

Tyngdekraften er en ganske fantastisk grunnleggende kraft. Hvis det ikke var for jordens komfortable 1 g, som får gjenstander til å falle mot jorden med en hastighet på 9,8 m / s², vil vi alle flyte ut i verdensrommet. Og uten det, ville alle våre landarter arter langsomt visne og dø når musklene våre degenererte, beinene ble sprø og svake, og organene våre sluttet å fungere ordentlig.

Så man kan uten overdrivelse si at tyngdekraften ikke bare er et faktum av livet her på jorden, men en forutsetning for det. Men siden mennesker ser ut til å være villige til å stige av denne steinen - og slippe unna "de jordiske båndene", er det å forstå jordens tyngdekraft og hva som må til for å unnslippe den. Så hvor sterk er jordens tyngdekraft?

Definisjon:

For å bryte den ned, er tyngdekraften et naturfenomen der alle ting som har masse føres mot hverandre - dvs. asteroider, planeter, stjerner, galakser, superklynger, etc. Jo mer masse en gjenstand har, jo mer tyngdekraft vil den utøve på gjenstander rundt det. Tyngdekraften til et objekt er også avhengig av avstand - dvs. mengden den utøver på et objekt avtar med økt avstand.

Tyngdekraften er også en av de fire grunnleggende kreftene som styrer alle interaksjoner i naturen (sammen med svak kjernekraft, sterk kjernekraft og elektromagnetisme). Av disse kreftene er tyngdekraften den svakeste og er omtrent 10³⁸ ganger svakere enn den sterke kjernefysiske styrken, 10³⁶ ganger svakere enn den elektromagnetiske kraften og 10²⁹ ganger svakere enn den svake atomstyrken.

Som en konsekvens har tyngdekraften en ubetydelig innflytelse på materien ved den minste skalaen (dvs. subatomære partikler). Imidlertid, på makroskopisk nivå - planetenes, stjerner, galakser osv. - er tyngdekraften den dominerende kraften som påvirker interaksjonen mellom materie. Det forårsaker dannelse, form og bane av astronomiske kropper, og styrer astronomisk oppførsel. Det spilte også en stor rolle i utviklingen av det tidlige universet.

Det var ansvarlig for at saken klumpet seg sammen for å danne skyer av gass som gjennomgikk gravitasjonskollaps, og dannet de første stjernene - som deretter ble trukket sammen for å danne de første galakser. Og innenfor individuelle stjernesystemer forårsaket det at støv og gass samles for å danne planetene. Den styrer også banene rundt stjerner, om måner rundt planeter, rotasjonen av stjerner rundt galaksens sentrum og sammenslåingen av galakser.

Universell gravitasjon og relativitet:

Siden energi og masse er ekvivalente, forårsaker alle former for energi, inkludert lys, også gravitasjon og er under påvirkning av den. Dette er i samsvar med Einsteins generelle relativitetsteori, som fortsatt er det beste middelet for å beskrive tyngdekraftenes oppførsel. I følge denne teorien er tyngdekraften ikke en styrke, men en konsekvens av krumningen av romtiden forårsaket av ujevn fordeling av masse / energi.

Det mest ekstreme eksemplet på denne krumning av romtid er et svart hull, som ingenting kan slippe ut fra. Svarte hull er vanligvis et produkt av en supermassiv stjerne som har gått supernova, og etterlater en hvit dvergrest som har så mye masse, at flukthastigheten er større enn lysets hastighet. En økning i tyngdekraften resulterer også i utvidelse av tyngdekraften, der tidens gang går saktere.

For de fleste anvendelser forklares tyngdekraften best av Newtons Law of Universal Gravitation, som sier at tyngdekraften eksisterer som en attraksjon mellom to kropper. Styrken til denne attraksjonen kan beregnes matematisk, der den attraktive kraften er direkte proporsjonal med massenes produkt og omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom dem.

Earth's Gravity:

På jorden gir tyngdekraften fysiske gjenstander vekt og forårsaker tidevann av havet. Kraften til jordens tyngdekraft er resultatet av planetenes masse og tetthet - 5.97237 × 10²⁴ kg (1,31668 × 10²⁵ pund) og 5,514 g / cm³henholdsvis. Dette resulterer i at Jorden har en gravitasjonsstyrke på 9,8 m / s² nær overflaten (også kjent som 1 g), som naturlig avtar jo lenger unna man er fra overflaten.

I tillegg endrer tyngdekraften på jorden seg avhengig av hvor du står på den. Den første grunnen er fordi jorden roterer. Dette betyr at tyngdekraften til jorden ved ekvator er 9,789 m / s², mens tyngdekraften ved polene er 9,832 m / s². Med andre ord, du veier mer på polene enn du gjør ved ekvator på grunn av denne sentripetalkraften, men bare litt mer.

Endelig kan tyngdekraften endre seg avhengig av hva som er under jorden under deg. Høyere konsentrasjoner av masse, som bergarter eller mineraler med høy tetthet, kan endre tyngdekraften du føler. Men selvfølgelig er dette beløpet for lite til å bli lagt merke til. NASA-oppdrag har kartlagt jordens tyngdekraftfelt med utrolig nøyaktighet, og viser variasjoner i dens styrke, avhengig av beliggenhet.

Tyngdekraften avtar også med høyden, siden du er lenger borte fra jordas sentrum. Kraftnedgangen fra å klatre til toppen av et fjell er ganske minimal (0,28% mindre tyngdekraft på toppen av Mount Everest), men hvis du er høy nok til å nå den internasjonale romstasjonen (ISS), vil du oppleve 90% av tyngdekraften du vil føle på overflaten.

Siden stasjonen befinner seg i fritt fall (og også i romvakuum), er det imidlertid objekter og astronauter ombord på ISS som kan flyte rundt. I utgangspunktet, siden alt ombord på stasjonen faller i samme takt mot jorden, har de ombord på ISS følelsen av å være vektløse - selv om de fremdeles veier rundt 90% av hva de ville på jordens overflate.

Jordens tyngdekraft er også ansvarlig for at planeten vår har en "rømningshastighet" på 11.186 km / s (eller 6.951 mi / s). I hovedsak betyr dette at en rakett trenger å oppnå denne hastigheten før den kan håpe å bryte fri fra jordens tyngdekraft og nå verdensrommet. Og med de fleste rakettoppskytninger, er størstedelen av innsatsen dedikert til denne oppgaven alene.

På grunn av forskjellen mellom jordens tyngdekraft og tyngdekraften på andre kropper - som månen (1,62 m / s²; 0,16654g) og Mars (3,711 m / s²; 0,376 g) - forskere er usikre på hvilke virkninger dette ville ha for astronauter som gikk på langsiktige oppdrag til disse kroppene.

Mens studier har vist at oppdrag med langvarighet i mikrogravitet (dvs. på ISS) har en skadelig effekt på astronauthelsen (inkludert tap av bentetthet, muskeldegenerasjon, organskader og syn) har det ikke blitt utført studier om effekten av miljøer med lavere tyngdekraft. Men gitt de mange forslagene som ble gjort for å vende tilbake til månen, og NASAs forslag om "Journey to Mars", bør denne informasjonen komme!

Som jordiske vesener blir vi mennesker både velsignet og forbannet av kraften i jordens tyngdekraft. På den ene siden gjør det å komme ut i verdensrommet ganske vanskelig og dyrt. På den andre siden sikrer det helsen vår, siden arten vår er produktet av milliarder av år med artsutvikling som fant sted i en 1 g miljø.

Hvis vi noen gang håper å bli en virkelig romfarende og interplanetær art, finner vi bedre ut hvordan vi skal takle mikrogravitasjon og lavere tyngdekraft. Ellers er det sannsynlig at ingen av oss kommer utenfor verden så veldig lenge!

Vi har skrevet mange artikler om Earth for Space Magazine. Her kommer hvor tyngdekraften kommer fra ?, Hvem oppdaget tyngdekraften ?, Hvorfor er jorden rund ?, Hvorfor stjeler ikke solen månen? Kan vi lage kunstig tyngdekraft ?, og «Potsdam tyngdekraftpotet» viser variasjoner i jordens tyngdekraft .

Vil du ha flere ressurser på jorden? Her er en lenke til NASAs Human Spaceflight-side, og her er NASAs Synlige jord.

Vi har også spilt inn en episode av Astronomy Cast om jorden, som en del av vår turne gjennom solsystemet - Episode 51: Earth, og Episode 318: Escape Velocity.

kilder: