Smagums ir būtisks fizikas spēks, kuru mēs, Earthlings, mēdzam uzskatīt par pašsaprotamu. Jūs tiešām nevarat mūs vainot. Tā kā miljardu gadu laikā Zemes vide ir attīstījusies, mēs esam pieraduši dzīvot ar vienmērīgu 1 g (vai 9,8 m / s²) vilkmi. Tomēr tiem, kas ir devušies kosmosā vai nostājuši kāju uz Mēness, smagums ir ļoti smalka un vērtīga lieta.
Pamatā gravitācija ir atkarīga no masas, kur visas lietas - no zvaigznēm, planētām un galaktikām līdz gaismas un apakšatomu daļiņām - tiek pievilktas viena ar otru. Atkarībā no objekta lieluma, masas un blīvuma mainīgais gravitācijas spēks to ietekmē. Un, runājot par mūsu Saules sistēmas planētām, kuru lielums un masa atšķiras, gravitācijas spēks uz to virsmām ievērojami atšķiras.
Piemēram, kā jau minēts, Zemes gravitācija ir ekvivalenta 9,80665 m / s² (vai 32,174 pēdas / s²). Tas nozīmē, ka priekšmets, ja to tur virs zemes un atlaiž, paātrināsies pret virsmu ar ātrumu aptuveni 9,8 metri par katru brīvā kritiena sekundi. Šis ir gravitācijas mērīšanas standarts uz citām planētām, kas arī izteikts kā viens g.
Saskaņā ar Īzaka Ņūtona universālās gravitācijas likumu gravitācijas pievilcību starp diviem ķermeņiem var izteikt matemātiski kā F = G (m¹m² / r²) - kurF ir spēks, m1 un m2 ir mijiedarbojošos objektu masas, r ir attālums starp masu centriem un G ir gravitācijas konstante (6,664 × 10-11 N m2/Kilograms2 ).
Balstoties uz to lielumu un masu, smagums uz citas planētas bieži tiek izteikts kā g vienības, kā arī brīvā kritiena paātrinājuma ātruma ziņā. Tātad, kā tieši mūsu Saules sistēmas planētas sakrīt smaguma ziņā salīdzinājumā ar Zemi? Kā šis:
Dzīvsudraba smagums:
Ar vidējo rādiusu aptuveni 2440 km un masu 3,30 × 1023 kg, dzīvsudrabs ir aptuveni 0,383 reizes lielāks nekā Zeme un tikai 0,055 kā masīvs. Tas padara Merkuru par mazāko un vismazāk masīvo planētu Saules sistēmā. Tomēr, pateicoties augstajam blīvumam - izturīgs 5,427 g / cm3, kas ir tikai nedaudz zemāks par Zemes 5,514 g / cm3 - Dzīvsudraba virsmas smagums ir 3,7 m / s², kas ir ekvivalents 0,38 g.
Smagums uz Venēras:
Venera daudzējādā ziņā ir līdzīga Zemei, tāpēc to bieži dēvē par “Zemes dvīni”. Ar vidējo rādiusu 4,6023 × 108 km2, masa 4,8675 × 1024 kg un blīvums 5,243 g / cm3, Venēras lielums ir līdzvērtīgs 0,9499 Zemei, 0,815 reizes masīva un aptuveni 0,95 reizes blīva. Tāpēc nav pārsteigums, kāpēc Veneras gravitācija ir ļoti tuvu Zemes - 8,87 m / s2, vai 0,904 g.
Smagums uz Mēness:
Šis ir viens astronomiskais ķermenis, kurā cilvēki ir spējuši personiski pārbaudīt samazināta gravitācijas ietekmi. Aprēķini, pamatojoties uz tā vidējo rādiusu (1737 km), masu (7,3477 x 10²² kg) un blīvumu (3,3464 g / cm³) un Apollo astronautu veiktajām misijām, mēra, ka virsmas smagums uz Mēness ir 1,62 m. / s2 vai 0,1654 g.
Smagums uz Marsa:
Arī Marss daudzos aspektos ir līdzīgs Zemei. Tomēr, runājot par izmēru, masu un blīvumu, Marss ir salīdzinoši mazs. Faktiski tā vidējais rādiuss 3 389 km ir ekvivalents aptuveni 0,53 Zemei, bet tā masai (6,4171 × 1023 kg) ir tikai 0,107 Zemes. Tikmēr tā blīvums ir aptuveni o. 71 Zeme, kas nonāk relatīvi pieticīgajā 3,93 g / cm³. Tādēļ Marsam ir 0,38 reizes lielāks Zemes smagums, kas darbojas līdz 3,711 m / s².
Smagums uz Jupitera:
Jupiters ir lielākā un masīvākā planēta Saules sistēmā. Tā vidējais rādiuss 69,911 ± 6 km attālumā padara to par 10,97 reizes lielāku nekā Zeme, kamēr tā masa (1,8986 × 1027 kg) ir ekvivalents 317,8 Zemei. Bet, būdams gāzes gigants, Jupiters dabiski ir mazāk blīvs nekā Zeme un citas sauszemes planētas ar vidējo blīvumu 1,326 g / cm.3.
Turklāt Jupiteram, būdams gāzes gigantam, nav īstas virsmas. Ja kāds uz tā stāvētu, viņi vienkārši nogrimtu, līdz galu galā nonāktu pie tā (teorētiskā) cietā serdeņa. Rezultātā Jupitera virsmas gravitācija (kas tiek definēta kā gravitācijas spēks pie tā mākoņu virsotnēm) ir 24,79 m / s jeb 2,528 g.
Smagums Saturnā:
Tāpat kā Jupiters, Saturns ir milzīgs gāzes gigants, kas ir ievērojami lielāks un masīvāks nekā Zeme, bet daudz mazāk blīvs. Īsi sakot, tā vidējais rādiuss ir 58232 ± 6 km (9,13 Zemes), tā masa ir 5 6846 × 10.26 kg (95,15 reizes masīvāki), un tā blīvums ir 0,687 g / cm3. Tā rezultātā tās virsmas gravitācija (atkal mērot no mākoņu augšas) ir tikai nedaudz vairāk nekā Zemei, kas ir 10,44 m / s² (jeb 1,065 g).
Urāna smagums:
Ar vidējo rādiusu 25 360 km un masu 8,68 × 1025 kg, Urāns ir aptuveni 4 reizes lielāks par Zemes izmēru un 14,536 reizes masīvāks. Tomēr kā gāzes gigantam tā blīvums (1,27 g / cm2)3) ir ievērojami zemāks nekā Zemei. Tāpēc tā virsmas gravitācija (mērot no mākoņu galotnēm) ir nedaudz vājāka nekā Zeme - 8,69 m / s2, vai 0,886 g.
Smagums uz Neptūna:
Ar vidējo rādiusu 24,622 ± 19 km un masu 1,0243 × 1026 kg, Neptūns ir ceturtā lielākā planēta Saules sistēmā. Viss runājot, tas ir 3,86 reizes lielāks nekā Zeme un 17 reizes lielāks. Bet, būdams gāzes gigants, tam ir zems blīvums - 1,638 g / cm3. Tas viss darbojas līdz virsmas smagumam 11,15 m / s2 (vai 1,14 g), ko atkal mēra pie Neptūna mākoņa galotnēm.
Kopumā smagums ietekmē diapazonu šeit Saules sistēmā, sākot no 0,38 g uz Merkura un Marsa līdz spēcīgam 2,528 g virs Jupitera mākoņiem. Un uz Mēness, ja astronauti ir uzdrīkstējušies, tas ir ļoti viegls 0,1654 g, kas ļāva no dažiem jautriem eksperimentiem gandrīz bezsvara stāvoklī!
Izpratne par nulles gravitācijas ietekmi uz cilvēka ķermeni ir bijusi būtiska ceļojumam kosmosā, īpaši attiecībā uz ilgstošām misijām orbītā un uz Starptautisko kosmosa staciju. Nākamajās desmitgadēs zināt, kā to simulēt, lieti noderēs, kad mēs sāksim sūtīt astronautus misijas kosmosā.
Un, protams, ir svarīgi zināt, cik spēcīga tā ir uz citām planētām, tur vadītajām komandētajām misijām (un varbūt pat apmetnēm). Ņemot vērā to, ka cilvēce attīstījās 1 g vidē, zināt, kā mēs maksāsim uz planētām, kurām ir tikai maza gravitācijas daļa, varētu nozīmēt atšķirību starp dzīvību un nāvi.
Mēs esam uzrakstījuši daudz interesantu rakstu par smagumu šeit, Space Magazine. Lūk, cik ātrs ir smagums ?, Kur rodas smagums? un kā mēs zinām, ka smagums nav (tikai) spēks.
Un, lūk, vai mēs varētu padarīt mākslīgo gravitāciju? un vai “Spooky Action” nosaka smagumu?
Lai iegūtu papildinformāciju, apskatiet NASA lapu ar nosaukumu “Pastāvīgs smaguma vilkme” un Ņūtona gravitācijas likumu.
Astronomijas cast ir arī epizode ar nosaukumu Episode 102: Gravity.
