HVOR STæRK ER TYNGDEKRAFTEN På JORDEN?

Send

Tyngdekraften er en temmelig fantastisk grundlæggende kraft. Hvis det ikke var for Jordens behagelige 1 g, der får objekter til at falde mod Jorden med en hastighed på 9,8 m / s², ville vi alle flyde ud i rummet. Og uden det ville alle os landlige arter langsomt visne og dø, da vores muskler blev degenereret, vores knogler blev sprøde og svage, og vores organer ophørte med at fungere ordentligt.

Så man kan uden overdrivelser sige, at tyngdekraften ikke kun er en kendsgerning om liv her på Jorden, men en forudsætning for det. Men da mennesker ser ud til at være opsat på at stige af denne klippe - så de slipper ud for ”de jordiske bånd”, er det nødvendigt at forstå Jordens tyngdekraft og hvad det kræver at undslippe. Så hvor stærk er Jordens tyngdekraft?

Definition:

For at nedbryde det er tyngdekraft et naturfænomen, hvor alle ting, der besidder masse, bringes mod hinanden - dvs. asteroider, planeter, stjerner, galakser, superklynger osv. Jo mere masse en genstand har, jo mere tyngde vil den udøve på genstande omkring det. En genstands tyngdekraft er også afhængig af afstand - dvs. den mængde, den udøver på et objekt, falder med øget afstand.

Tyngdekraften er også en af de fire grundlæggende kræfter, der styrer alle interaktioner i naturen (sammen med svag atomkraft, stærk atomkraft og elektromagnetisme). Af disse kræfter er tyngdekraften den svageste og er cirka 10³⁸ gange svagere end den stærke atomkraft, 10³⁶ gange svagere end den elektromagnetiske kraft og 10²⁹ gange svagere end den svage kernekraft.

Som en konsekvens har tyngdekraften en ubetydelig indflydelse på stof ved den mindste skala (dvs. subatomære partikler). På det makroskopiske niveau - planeter, stjerner, galakser osv. - er tyngdekraften imidlertid den dominerende kraft, der påvirker stofets interaktion. Det forårsager dannelse, form og bane af astronomiske kropper og styrer astronomisk opførsel. Det spillede også en vigtig rolle i udviklingen af det tidlige univers.

Det var ansvarlig for, at stof klumpede sig sammen for at danne gasskyer, der gennemgik gravitations-sammenbrud, og dannede de første stjerner - som derefter blev trukket sammen for at danne de første galakser. Og inden for individuelle stjernesystemer fik det støv og gas til at samle sig for at danne planeterne. Det styrer også banernes baner omkring stjerner, måner omkring planeter, rotationen af stjerner omkring deres galakse centrum og sammenlægningen af galakser.

Universal Gravitation og Relativitet:

Da energi og masse er ækvivalente, forårsager alle former for energi, inklusive lys, også gravitation og er under påvirkning af den. Dette er i overensstemmelse med Einsteins generelle relativitetsteori, som stadig er det bedste middel til at beskrive tyngdekrafts opførsel. I henhold til denne teori er tyngdekraften ikke en kraft, men en konsekvens af krumningen af rumtiden forårsaget af den ujævne fordeling af masse / energi.

Det mest ekstreme eksempel på denne krumning af rumtid er et sort hul, hvorfra intet kan undslippe. Sorte huller er normalt produktet af en supermassiv stjerne, der er gået supernova, hvilket efterlader en hvid dværgrest, der har så meget masse, at dets flugthastighed er større end lysets hastighed. En stigning i tyngdekraften resulterer også i gravitationstidsudvidelse, hvor tiden går langsommere.

For de fleste anvendelser forklares tyngdekraften bedst med Newtons Law of Universal Gravitation, der siger, at tyngdekraft eksisterer som en tiltrækning mellem to kroppe. Styrken ved denne attraktion kan beregnes matematisk, hvor den attraktive kraft er direkte proportional med produktet af deres masser og omvendt proportional med kvadratet på afstanden mellem dem.

Jordens tyngdekraft:

På jorden giver tyngdekraften vægt til fysiske genstande og forårsager havvande. Kraften fra Jordens tyngdekraft er resultatet af planetenes masse og densitet - 5.97237 × 10²⁴ kg (1,31668 × 10²⁵ pund) og 5,514 g / cm³, henholdsvis. Dette resulterer i, at Jorden har en gravitationsstyrke på 9,8 m / s² tæt på overfladen (også kendt som 1) g), som naturligt falder, jo længere væk man er fra overfladen.

Derudover ændres tyngdekraften på Jorden faktisk afhængigt af hvor du står på den. Den første grund er, fordi Jorden roterer. Dette betyder, at jordens tyngdekraft ved ækvator er 9,789 m / s²mens tyngdekraften ved polerne er 9,832 m / s². Med andre ord vejer du mere ved polerne end du gør ved ækvator på grund af denne centripetalkraft, men kun lidt mere.

Endelig kan tyngdekraften ændre sig afhængigt af hvad der er under jorden under dig. Højere koncentrationer af masse, som klipper eller mineraler med høj densitet, kan ændre den tyngdekraft, du føler. Men selvfølgelig er dette beløb for lille til at kunne ses. NASA-missioner har kortlagt Jordens tyngdekraftfelt med utrolig nøjagtighed og viser variationer i dens styrke afhængigt af placering.

Tyngdekraften falder også med højden, da du er længere væk fra Jordens centrum. Faldet i kraft fra klatring til toppen af et bjerg er temmelig minimalt (0,28% mindre tyngdekraft på toppen af Mount Everest), men hvis du er høj nok til at nå den internationale rumstation (ISS), ville du opleve 90% af tyngdekraften du ville føle på overfladen.

Da stationen befinder sig i frit fald (og også i rumvakuum), er objekter og astronauter ombord ISS i stand til at flyde rundt. Grundlæggende, da alt ombord på stationen falder i samme takt mod Jorden, har de ombord på ISS følelsen af at være vægtløse - selvom de stadig vægter cirka 90% af, hvad de ville på Jordens overflade.

Jordens tyngdekraft er også ansvarlig for, at vores planet har en "flugthastighed" på 11.186 km / s (eller 6.951 mi / s). I det væsentlige betyder det, at en raket skal nå denne hastighed, før den kan håbe at bryde fri fra Jordens tyngdekraft og nå plads. Og med de fleste raketopsætninger er størstedelen af deres træk dedikeret til denne opgave alene.

På grund af forskellen mellem Jordens tyngdekraft og tyngdekraften på andre kroppe - som Månen (1,62 m / s²; 0,15654g) og Mars (3,711 m / s²; 0,376 g) - videnskabsmænd er usikre på, hvad virkningerne ville have for astronauter, der gik på langsigtede missioner til disse kroppe.

Mens studier har vist, at langvarige missioner i mikrogravitet (dvs. på ISS) har en skadelig virkning på astronaut-sundheden (herunder tab af knogletæthed, muskeldegeneration, organskader og syn), er der ikke foretaget undersøgelser vedrørende virkningerne af miljøer med lavere tyngdekraft. Men i betragtning af de mange forslag, der er fremsat om at vende tilbage til Månen, og NASAs foreslåede "Rejse til Mars", skulle disse oplysninger komme!

Som jordiske væsener er vi mennesker både velsignet og forbandet af kraften i Jordens tyngdekraft. På den ene side gør det at komme i rummet ret vanskeligt og dyrt. På den anden side sikrer det vores helbred, da vores art er produktet af milliarder af år med artsudvikling, der fandt sted i en 1 g miljø.

Hvis vi nogensinde håber at blive en rigtigt rumfarende og interplanetær art, finder vi bedre ud af, hvordan vi skal tackle mikrogravitet og lavere tyngdekraft. Ellers er det sandsynligt, at ingen af os kommer ud af verden i meget længe!

Vi har skrevet mange artikler om Earth for Space Magazine. Her er hvor kommer tyngdekraften fra ?, Hvem opdagede tyngdekraften ?, Hvorfor er jorden rund ?, Hvorfor stjæler solen ikke månen? Kan vi lave kunstig tyngdekraft? .

Vil du have flere ressourcer på Jorden? Her er et link til NASAs side om menneskelig rumfart, og her er NASAs synlige jord.

Vi har også indspillet en episode af Astronomy Cast om Jorden som en del af vores tour gennem solsystemet - Afsnit 51: Jorden og Afsnit 318: Escape Velocity.

Kilder: