Tyngdekraft er en grundlæggende fysikskraft, som vi jordboere har en tendens til at tage for givet. Du kan ikke rigtig skylde for os. Efter at have udviklet sig i løbet af milliarder af år i Jordens miljø, er vi vant til at leve med træk fra en stabil 1 g (eller 9,8 m / s²). Dog for dem, der er gået ud i rummet eller sat foden på Månen, er tyngdekraften en meget spændende og dyrebar ting.
Grundlæggende er tyngdekraften afhængig af masse, hvor alle ting - fra stjerner, planeter og galakser til lys og subatomære partikler - tiltrækkes af hinanden. Afhængig af objektets størrelse, masse og densitet, varierer den tyngdekraft, den udøver,. Og når det kommer til planeterne i vores solsystem, der varierer i størrelse og masse, varierer tyngdekraften på deres overflader markant.
F.eks. Svarer Jordens tyngdekraft, som allerede nævnt, til 9,80665 m / s² (eller 32,174 ft / s²). Dette betyder, at en genstand, hvis den holdes over jorden og sluppet, accelererer mod overfladen med en hastighed på ca. 9,8 meter for hvert sekund med frit fald. Dette er standarden til måling af tyngdekraften på andre planeter, der også udtrykkes som en enkelt g.
I overensstemmelse med Isaac Newtons lov om universalgravitation kan gravitationsattraktionen mellem to legemer udtrykkes matematisk som F = G (m¹m² / r²) - hvorF er kraften, m1 og m2 er masserne af objekter, der interagerer, r er afstanden mellem massernes centre og G er tyngdekonstanten (6,674 × 10-11 N m2/ kg2 ).
Baseret på deres størrelser og masser udtrykkes tyngdekraften på en anden planet ofte udtrykt som g enheder såvel som med hensyn til hastigheden af frit fald-acceleration. Så hvordan nøjagtigt stak planeterne i vores solsystem op i forhold til deres tyngdekraft sammenlignet med Jorden? Sådan her:
Tyngdekraft på Merkur:
Med en gennemsnitlig radius på ca. 2.440 km og en masse på 3,30 × 1023 kg, Kviksølv er cirka 0,383 gange Jordens størrelse og kun 0,055 så massiv. Dette gør Merkur til den mindste og mindst massive planet i solsystemet. Takket være sin høje massefylde - en robust 5.427 g / cm3, som bare er lidt lavere end Jordens 5.514 g / cm3 - Kviksølv har en overfladetyngdekraft på 3,7 m / s², hvilket svarer til 0,38 g.
Tyngdekraft på Venus:
Venus ligner Jorden på mange måder, hvorfor det ofte kaldes ”Jordens tvilling”. Med en gennemsnitlig radius på 4.6023 × 108 km2, en masse på 4,88675 × 1024 kg og en densitet på 5,243 g / cm3, Venus er ækvivalent i størrelse med 0,9499 jordarter, 0,815 gange så massiv og omtrent 0,95 gange så tæt. Derfor er det ikke overraskende, hvorfor tyngdekraften på Venus er meget tæt på Jordens - 8,87 m / s2eller 0,904 g.
Tyngdekraft på månen:
Dette er en astronomisk krop, hvor mennesker har været i stand til at afprøve påvirkningerne af nedsat tyngdekraft i person. Beregninger baseret på dens gennemsnitlige radius (1737 km), masse (7.3477 x 10²² kg) og densitet (3.3464 g / cm³) og missionerne udført af Apollo-astronauterne, er overfladetyngden på Månen målt til 1,62 m / s2 eller 0,1665 g.
Tyngdekraft på Mars:
Mars ligner også Jorden i mange vigtige henseender. Når det gælder størrelse, masse og densitet, er Mars imidlertid relativt lille. Faktisk svarer dets gennemsnitlige radius på 3.389 km til ca. 0,53 jordarter, mens dens masse (6.4171 × 1023 kg) er kun 0,107 jordarter. Dens densitet er i mellemtiden ca. o,71 af jordarter, der kommer ind på en relativt beskeden 3,93 g / cm³. På grund af dette har Mars 0,38 gange Jordens tyngdekraft, der fungerer til 3,711 m / s².
Tyngdekraft på Jupiter:
Jupiter er den største og mest massive planet i solsystemet. Dens middelradius på 69.911 ± 6 km gør den til 10,97 gange Jordens størrelse, mens dens masse (1.8986 × 1027 kg) svarer til 317,8 jordarter. Men som en gasgigant er Jupiter naturligvis mindre tæt end Jorden og andre jordiske planeter, med en gennemsnitlig massefylde på 1,326 g / cm3.
Derudover har Jupiter en gasgigant ikke en rigtig overflade. Hvis man skulle stå på det, ville de simpelthen synke, indtil de til sidst kom til dens (teoretiserede) solide kerne. Som et resultat er Jupiters overfladetyngdekraft (som defineres som tyngdekraften ved dens skyetoppe) 24,79 m / s eller 2,528 g.
Tyngdekraft på Saturn:
Ligesom Jupiter er Saturn en enorm gasgigant, der er væsentligt større og mere massiv end Jorden, men langt mindre tæt. Kort sagt, dets gennemsnitlige radius er 58232 ± 6 km (9,13 jord), dens masse er 5,6846 × 1026 kg (95,15 gange så massiv) og har en densitet på 0,687 g / cm3. Som et resultat er dens overfladetyngdekraft (igen målt fra toppen af dens skyer) bare lidt mere end Jordens, hvilket er 10,44 m / s² (eller 1,065 g).
Tyngdekraft på Uranus:
Med en gennemsnitlig radius på 25.360 km og en masse på 8.68 × 1025 kg, Uranus er cirka 4 gange Jordens størrelse og 14.536 gange så massiv. Som en gasgigant er dens densitet (1,27 g / cm)3) er markant lavere end Jordens. Derfor er dens overfladetyngdekraft (målt fra dens skyetoppe) lidt svagere end Jordens - 8,69 m / s2eller 0,886 g.
Tyngdekraft på Neptun:
Med en gennemsnitlig radius på 24.622 ± 19 km og en masse på 1.0243 × 1026 kg, Neptune er den fjerde største planet i solsystemet. Alt i alt er det 3,86 gange Jordens størrelse og 17 gange så massivt. Men som en gasgigant har den en lav tæthed på 1.638 g / cm3. Alt dette fungerer efter en overfladetyngdekraft på 11,15 m / s2 (eller 1,14 g), som igen måles ved Neptunes sky-toppe.
Alt i alt kører tyngdekraften spændingen her i solsystemet, der spænder fra 0,38 g på Merkur og Mars til en kraftig 2,528 g på toppen af Jupiters skyer. Og på månen, hvor astronauter har vovet sig, er det en meget mild 0.1654 g, som tilladte fra nogle sjove eksperimenter i næsten vægtløshed!
At forstå effekten af nul-tyngdekraft på den menneskelige krop har været afgørende for rumrejsen, især når det drejer sig om langvarige missioner i kredsløb og til den internationale rumstation. I de kommende årtier vil det at vide, hvordan man simulerer det, være praktisk, når vi begynder at sende astronauter til dybe rummissioner.
Og selvfølgelig, at vide, hvor stærkt det er på andre planeter, vil naturligvis være vigtigt for bemande missioner (og måske endda bosættelse) der. I betragtning af at menneskeheden udviklede sig i et 1 g miljø, kunne det at vide forskellen mellem liv og død, vide, hvordan vi ville klare os på planeter, der kun har en brøkdel af tyngdekraften.
Vi har skrevet mange interessante artikler om tyngdekraft her på Space Magazine. Her er hvor hurtig er tyngdekraften ?, Hvor kommer tyngdekraften fra? og hvordan vi ved, at tyngdekraften ikke (bare) er en styrke.
Og her kan vi gøre kunstig tyngdekraft? og definerer "uhyggelig handling" tyngdekraften?
For mere information, se NASAs side med titlen "The Constant Pull of Gravity" og Newtons tyngdekraftlov.
Astronomy Cast har også en episode med titlen Episode 102: Gravity.
