Hvor stærk er tyngdekraften på Jorden?

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

Så man kan uden overdrivelser sige, at tyngdekraften ikke kun er et faktum i livet her på Jorden, men en forudsætning for det. Imidlertid, da mennesker tilsyneladende har til hensigt at komme ud af denne sten - undslippe "jordens fjollede bånd", som det var - at forstå Jordens tyngdekraft og hvad der skal til for at undslippe den er nødvendig. Så hvor stærk er Jordens tyngdekraft?

Definition

For at nedbryde det, tyngdekraften er et naturfænomen, hvor alle ting, der besidder masse, bringes mod hinanden - dvs. asteroider, planeter, stjerner, galakser, superklynger, osv. Jo mere masse et objekt har, jo mere tyngdekraft vil den udøve på objekter omkring den. Et objekts tyngdekraft er også afhængig af afstand - dvs. mængden, det 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, tyngdekraften er den svageste, er cirka 1038 gange svagere end den stærke atomkraft, 10 ³⁶ gange svagere end den elektromagnetiske kraft og 10 ²⁹ gange svagere end den svage atomkraft.

Som en konsekvens, tyngdekraften har en ubetydelig indflydelse på materie i den mindste skala (dvs. subatomære partikler). Imidlertid, på makroskopisk niveau - planetenes, stjerner, galakser, etc. - tyngdekraften er den dominerende kraft, der påvirker stofets interaktioner. Det forårsager dannelsen, form og bane for astronomiske legemer, og styrer astronomisk adfærd. Det spillede også en stor rolle i udviklingen af ​​det tidlige univers.

Det var ansvarligt for at stoffet klumpede sig sammen for at danne gasskyer, der gennemgik tyngdekraftsstyrt, danner de første stjerner - som derefter blev trukket sammen for at danne de første galakser. Og inden for individuelle stjernesystemer, det fik støv og gas til at samle sig for at danne planeterne. Det styrer også planternes baner omkring stjerner, af måner omkring planeter, stjernernes rotation omkring deres galakses centrum, og sammensmeltning af galakser.

Universal gravitation og relativitet

Da energi og masse er ækvivalente, alle former for energi, herunder lys, også forårsage tyngdekraft og er påvirket af det. Dette er i overensstemmelse med Einsteins generelle relativitetsteori, som stadig er det bedste middel til at beskrive tyngdekraftens adfærd. Ifølge denne teori, tyngdekraften er ikke en kraft, men en konsekvens af rumtidens krumning forårsaget af den ujævne fordeling af masse/energi.

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

For de fleste applikationer dog tyngdekraften forklares bedst ved Newtons lov om universel gravitation, der siger, at tyngdekraften eksisterer som en attraktion mellem to kroppe. Styrken ved denne attraktion kan beregnes matematisk, hvor attraktionskraften er direkte proportional med produktet af deres masser og omvendt proportional med kvadratet af afstanden mellem dem.

Jordens tyngdekraft

På jorden, tyngdekraften vægter fysiske genstande og forårsager tidevandet i havet. Jordens tyngdekraft er resultatet af planeternes masse og tæthed - 5,97237 × 10 ²⁴ kg (1.31668 × 10 ²⁵ lbs) og 5,514 g/cm ³ , henholdsvis. Dette resulterer i, at Jorden har en tyngdekraft på 9,8 m/s² tæt på overfladen (også kendt som 1 g), som naturligt falder, jo længere væk man er fra overfladen.

Ud over, tyngdekraften på Jorden ændres faktisk afhængigt af hvor du står på den. Den første grund er fordi Jorden roterer. Det betyder, at jordens tyngdekraft ved ækvator er 9,789 m/s ² , mens tyngdekraften ved polerne er 9,832 m/s ² . Med andre ord, du vejer mere ved polerne, end du gør ved ækvator på grund af denne centripetalkraft, men kun lidt mere.

Endelig, tyngdekraften kan ændre sig afhængigt af, hvad der er under jorden under dig. Højere koncentrationer af masse, ligesom sten med høj densitet eller mineraler kan ændre den tyngdekraft, du føler. Men selvfølgelig, dette beløb er for lille til at være mærkbart. NASA -missioner har kortlagt Jordens tyngdekraftsfelt med utrolig nøjagtighed, viser variationer i dens styrke, afhængig 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), du ville opleve 90% af tyngdekraften, du ville føle på overfladen.

Imidlertid, da stationen er i en tilstand af frit fald (og også i rumets vakuum) kan objekter og astronauter ombord på ISS flyde rundt. I bund og grund, da alt ombord på stationen falder i samme hastighed mod Jorden, dem ombord på ISS har følelsen af ​​at være vægtløse - selvom de stadig vejer omkring 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, det betyder, at en raket skal nå denne hastighed, før den kan håbe på at bryde fri af Jordens tyngdekraft og nå rummet. Og med de fleste raketopskydninger, størstedelen af ​​deres indsats er dedikeret til denne opgave alene.

På grund af forskellen mellem Jordens tyngdekraft og tyngdekraften på andre legemer - som månen (1,62 m/s²; 0,1654 g) og Mars (3,711 m/s²; 0,376 g) - er forskere usikre på, hvad virkningerne ville være for astronauter, der gik på langsigtede missioner til disse organer.

Selvom undersøgelser har vist, at langvarige missioner i mikrogravitation (dvs. på ISS) har en skadelig effekt på astronauts sundhed (herunder tab af knogletæthed, muskel degeneration, skader på organer og syn) der er ikke udført undersøgelser vedrørende virkningerne af miljøer med lavere tyngdekraft. Men i betragtning af de mange forslag, der er fremsat for at vende tilbage til månen, og NASA's foreslåede "Journey to Mars", den information bør komme!

Som jordiske væsener, vi mennesker er både velsignede og forbandede af kraften i Jordens tyngdekraft. På den ene side, det gør det svært og dyrt at komme ud i rummet. På den anden, det sikrer vores helbred, da vores art er et produkt af milliarder af års artudvikling, der fandt sted i et miljø på 1 g.

Hvis vi nogensinde håber at blive en virkelig rumfarende og interplanetar art, vi finder bedre ud af, hvordan vi skal håndtere mikrogravitation og lavere tyngdekraft. Ellers, ingen af ​​os vil sandsynligvis komme ud af verden i meget lang tid!