HUR STARK äR TYNGDKRAFTEN På JORDEN?

Send

Tyngdkraften är en ganska fantastisk grundkraft. Om det inte var för jordens bekväma 1 g, som får objekt att falla mot jorden med en hastighet av 9,8 m / s², skulle vi alla flyta ut i rymden. Och utan det skulle alla våra jordarter dämpa långsamt och dö när våra muskler degenererade, våra ben blev spröda och svaga och våra organ slutade fungera ordentligt.

Så man kan utan överdrift säga att tyngdkraften inte bara är ett faktum om livet här på jorden, utan en förutsättning för det. Men eftersom människor verkar vara avsedda att stiga av denna klippa - så att de slipper flyga från "jordens bönder", är det nödvändigt att förstå jordens allvar och vad som krävs för att undkomma det. Så hur stark är jordens tyngdkraft?

Definition:

För att bryta ner det är tyngdkraften ett naturfenomen där alla saker som har massa föras mot varandra - dvs asteroider, planeter, stjärnor, galaxer, superkluster, etc. Ju mer massa ett objekt har, desto mer tyngd kommer det att utöva på föremål runt det. Gravitationskraften hos ett objekt är också beroende av avståndet - dvs mängden det utövar på ett objekt minskar med ökat avstånd.

Tyngdekraft är också en av de fyra grundläggande krafterna som styr alla samverkan i naturen (tillsammans med svag kärnkraft, stark kärnkraft och elektromagnetism). Av dessa krafter är tyngdkraften den svagaste och är ungefär 10³⁸ gånger svagare än den starka kärnkraften, 10³⁶ gånger svagare än den elektromagnetiska kraften och 10²⁹ gånger svagare än den svaga kärnkraften.

Som en konsekvens har gravitationen ett försumbart inflytande på materien vid den minsta vågen (dvs subatomära partiklar). Men på makroskopisk nivå - planeter, stjärnor, galaxer etc. - är tyngdkraften den dominerande kraften som påverkar materiens interaktioner. Det orsakar bildandet, formen och banan av astronomiska kroppar och styr astronomiskt beteende. Det spelade också en viktig roll i utvecklingen av det tidiga universum.

Det var ansvaret för att materien klumpade samman för att bilda gasmoln som genomgick gravitationskollaps och bildade de första stjärnorna - som sedan drogs samman för att bilda de första galaxerna. Och inom enskilda stjärnsystem förorsakade det damm och gas att sammanfalla för att bilda planeterna. Det styr också planeternas banor kring stjärnor, månar runt planeter, rotation av stjärnor runt deras galaxens centrum och sammanslagningen av galaxer.

Universell gravitation och relativitet:

Eftersom energi och massa är ekvivalenta, orsakar alla former av energi, inklusive ljus, också gravitation och är under påverkan av den. Detta överensstämmer med Einsteins allmänna relativitetsteori, som fortfarande är det bästa sättet att beskriva gravitationens beteende. Enligt denna teori är tyngdkraften inte en kraft utan en konsekvens av rymdtidens krökning orsakad av ojämn fördelning av massa / energi.

Det mest extrema exemplet på denna krökning av rymdtiden är ett svart hål, från vilket ingenting kan fly. Svarta hål är vanligtvis produkten av en supermassiv stjärna som har gått supernova, efterlämnar en vit dvärg rest som har så mycket massa, det är flykt hastighet är större än ljusets hastighet. En ökning av tyngdkraften resulterar också i gravitationstidsutvidgning, där tiden går långsammare.

För de flesta tillämpningar förklaras dock tyngdekraften bäst med Newtons Law of Universal Gravitation, som säger att tyngdkraften finns som en attraktion mellan två kroppar. Styrken för denna attraktion kan beräknas matematiskt, där den attraktiva kraften är direkt proportionell mot produkten från deras massor och omvänt proportionell mot kvadratet på avståndet mellan dem.

Earth's Gravity:

På jorden ger tyngdkraften fysiska föremål och orsakar tidvatten. Kraften i jordens tyngdkraft är resultatet av planets massa och densitet - 5.97237 × 10²⁴ kg (1,31668 × 10)²⁵ pund) och 5,514 g / cm³respektive. Detta resulterar i att jorden har en gravitationsstyrka på 9,8 m / s² nära ytan (även känd som 1 g), som naturligtvis minskar längre bort man är från ytan.

Dessutom förändras tyngdkraften på jorden beroende på var du står på den. Den första orsaken är att jorden roterar. Detta innebär att jordens tyngdkraft vid ekvatorn är 9,789 m / s²medan tyngdkraften vid polerna är 9,832 m / s². Med andra ord, du väger mer vid polerna än du gör vid ekvatorn på grund av denna centripetalkraft, men bara lite mer.

Slutligen kan tyngdkraften förändras beroende på vad som finns under jorden under dig. Högre massakoncentrationer, som bergarter eller mineraler med hög täthet kan förändra tyngdkraften du känner. Men naturligtvis är detta belopp för litet för att märkas. NASA-uppdrag har kartlagt jordens tyngdkraftsfält med otrolig noggrannhet och visar variationer i dess styrka, beroende på plats.

Tyngdekraften minskar också med höjden, eftersom du är längre bort från jordens centrum. Kraftminskningen från att klättra till toppen av ett berg är ganska minimal (0,28% mindre tyngdkraft på toppen av Mount Everest), men om du är tillräckligt hög för att nå International Space Station (ISS) skulle du uppleva 90% av tyngdkraften du skulle känna på ytan.

Eftersom stationen befinner sig i ett tillstånd av fritt fall (och även i rymdvakuumet) kan föremål och astronauter ombord ISS flyta runt. I grund och botten, eftersom allt ombord på stationen faller i samma takt mot jorden, har de ombord på ISS känslan av att vara viktlösa - även om de fortfarande väger ungefär 90% av vad de skulle på jordens yta.

Jordens tyngdkraft är också ansvarig för att vår planet har en "flyktningshastighet" på 11.186 km / s (eller 6.951 mi / s). I huvudsak betyder det att en raket måste uppnå denna hastighet innan den kan hoppas bryta sig loss från jordens tyngdkraft och nå rymden. Och med de flesta raketlanseringar ägnas majoriteten av deras drivkraft åt denna uppgift.

På grund av skillnaden mellan jordens tyngdkraft och gravitationskraften på andra kroppar - som månen (1,62 m / s²; 0,1654)g) och Mars (3,711 m / s²; 0,376 g) - Forskare är osäkra på vilka effekter det skulle ha för astronauter som gick på långsiktiga uppdrag till dessa kroppar.

Även om studier har visat att långvariga uppdrag i mikrogravitet (dvs. på ISS) har en skadlig effekt på astronauthälsan (inklusive förlust av bentäthet, muskeldegeneration, skador på organ och syn) har inga studier gjorts angående effekterna av miljöer med lägre tyngdkraft. Men med tanke på de många förslagen som gjorts för att återvända till månen och NASA: s föreslagna "Resa till Mars", borde den informationen komma!

Som markväsen är vi människor både välsignade och förbannade av jordens tyngdkraft. Å ena sidan gör det att komma ut i rymden ganska svårt och dyrt. Å andra sidan säkerställer det vår hälsa, eftersom vår art är produkten av miljarder år av artutveckling som ägde rum i en 1 g miljö.

Om vi någonsin hoppas bli en verkligt rymdfarande och interplanetär art, kan vi bättre ta reda på hur vi ska hantera mikrogravitet och lägre tyngdkraft. Annars kommer ingen av oss troligen att bli av världen mycket länge!

Vi har skrivit många artiklar om Earth for Space Magazine. Här kommer var tyngdkraften kommer ifrån ?, Vem upptäckte tyngdkraften ?, Varför är jorden rund ?, Varför stjäl inte solen månen? Kan vi göra konstgjord tyngdkraft? .

Vill du ha mer resurser på jorden? Här är en länk till NASA: s Human Spaceflight-sida och här är NASA: s synliga jord.

Vi har också spelat in ett avsnitt av Astronomy Cast om jorden, som en del av vår turné genom solsystemet - Avsnitt 51: Jorden och avsnitt 318: Escape Velocity.

källor: