Гравітація - астрономічна смітник
Опублікував Деніз. Опубліковано в Небесній механіці
Сила тяжіння
Гравітацію також називають гравітацією або, по відношенню до землі, гравітацією.
Вона дуже дивна сила. На сьогоднішній день не зовсім зрозуміло, як це насправді працює. Ми знаємо, що тіла приваблюють одне одного. Наскільки міцні, залежить від їх маси та відстані між ними. Чим ближче вони, тим більше вони приваблюють одне одного.
Якщо одне тіло набагато важче іншого, воно також тягне його набагато більше. Ми змогли випробувати цей ефект у 1994 році, коли мала комета Шевця-Леві пройшла близько до великого Юпітера і була настільки приваблена ним, що занурилася в атмосферу Юпітера і згоріла.
Земне тяжіння змушує все тягнутись до центру Землі. Тож не має значення, чи ми на землі „вгору” в Європі чи „вниз” в Австралії - ніхто не падає з землі. Усі тягнуться до центру і тримаються. Не існує справжнього вгору-вниз.
Для того, щоб отримати щось, наприклад ракету, від землі, необхідні величезні сили тяги, які повинні подолати земне тяжіння. Якщо навіть один двигун ракети вийде з ладу під час запуску, він не потрапить у космос. Він злетить вгору, але потім розбиється широкою дугою.
Сила тяжіння також змушує прогинатися навколо тіла. Це дуже важко зрозуміти, і це з’явилося лише близько 100 років тому. Альберт Ейнштейн пояснив цей ефект у своїй теорії відносності. Щоб ви могли собі це уявити, знайдіть собі тканину, камінь або мармур і когось, хто може долучитися. Тепер міцно тримайте тканину за чотири кути і покладіть на неї предмет.
Що відбувається з тканиною? Полотно тепер вм'яте там, де лежить предмет. Ось як ви можете собі уявити простір навколо небесного тіла. Наприклад, наше сонце має 98% від загальної маси Сонячної системи. Це трохи вм'яло кімнату.
Чорні діри ще більш екстремальні. Вони вийшли з надзвичайно масивних зірок і вм'яли простір таким чином, що утворилася діра, так би мовити. Якщо щось наблизиться до чорної діри, воно потрапляє всередину і зникає. Це працює з речовиною і навіть зі світлом! Навіть промені світла вже не можуть уникнути чорної діри. Тому він такий чорний - не випромінює жодного світла.
Кривизна простору
Четвертий вимір - час. Але ми можемо рухатись лише в одному напрямку, а саме вперед у майбутнє.
На зображенні праворуч видно лише два розміри - довжину та ширину. Простір невидимий і також не має ліній, але якщо ми подумаємо про них, то можемо краще уявити, як він буде поглиблений масою.
На зображенні праворуч немає нічого вм’ятого чи зігнутого, на простір не впливає жодна маса.
На наступному малюнку видно, як кімната вм'ята. Тіло своєю масою вигинає простір навколо себе. Чим важче тіло, тим більша кривизна простору. Це показано тут на прикладі сонця.
Земля також має такий ефект, але не настільки сильно, як сонце, оскільки вона має меншу масу. Тож ви можете краще уявити, чому менше тіло приваблює велике: воно «котиться» у яму, створену важким сонцем.
Єдина причина, чому планети не котяться безпосередньо на Сонце і там не згорають, полягає в тому, що інша сила протидіє гравітації або кривизні простору: відцентрова сила.
Чим ближча планета до сонця, тим сильніше на неї діє її гравітація. Відповідно більша швидкість необхідна для стабільної орбіти. Ось чому Меркурій, найближча до Сонця планета, рухається навколо Сонця з найбільшою швидкістю з усіх планет. Він має середню швидкість неймовірних 172 000 км/год! Наприклад, він удвічі швидший за планету Марс із швидкістю 86 760 км/год.
Як швидко рухаються всі планети, показано в таблиці планет. Якби Меркурій був повільнішим, він наближався все ближче і ближче до сонця по спіральному шляху і в якийсь момент занурювався в свою атмосферу і згорів.
Як працює гравітація?
Своєю силою тяжіння Сонце утримує всі планети, астероїди, комети і все інше, що гуде навколо, і не дає їм відлетіти.
Відцентрова сила в свою чергу запобігає падінню планет на сонце. Він протидіє силі тяжіння таким чином, що обидві сили відміняють одна одну, і тіло рухається по орбіті навколо Сонця.
Навіть на Плутоні, який знаходиться понад 6 мільярдів кілометрів від Сонця, діє гравітація Сонця. Тож тіла Сонячної системи рухаються на досить стабільних орбітах навколо Сонця.
Не тільки сонце, кожне тіло має привабливість. Це залежить від його маси. Оскільки Сонце є найбільшим тілом (воно має близько 98% загальної маси в Сонячній системі), його сила тяжіння також є найбільшою і найвпливовішою.
Це можна побачити на прикладі комет: вони обводять сонце на видовжених еліпсах. Їх орбіта веде їх по Сонячній системі.
Часом вони рухаються дуже далеко на сонце. Тоді крейсерська швидкість також нижча. Наближаючись до сонця, вони стають все швидшими і швидшими. З великим розмахом вони обводять сонце, а потім знову віддаляються від нього, дедалі більше гальмуючи.
Отже, швидкість небесного тіла на його орбіті залежить від відстані до тіла, яке воно обертає.
На своєму шляху навколо Сонця комети також проходять повз планети, набагато більші за них. На їх орбіту впливає сила тяжіння планети. Залежно від відстані до планети, лише мінімально або дуже серйозно, як ми змогли спостерігати в 1994 році.
У той час комета Шумейкер-Леві 9 підійшла занадто близько до планети Юпітер і була розірвана своїм гравітаційним впливом і скинута з курсу. Врешті-решт фрагменти комети врізалися в газовий гігант, комета вже не існує. На малюнку показано занурення фрагмента G в хмари Юпітера.
Земля також змінює швидкість на своєму шляху навколо Сонця.
Коли в північній півкулі зима, земля знаходиться поблизу сонця і рухається трохи швидше по своїй орбіті.
Тоді вона має мінімальну відстань 147,1 мільйона кілометрів від сонця і швидкість 109 044 км/год.
Влітку, навпаки, земля досягає точки з найбільшою відстанню до сонця на своїй орбіті. Зараз він знаходиться на відстані 152,1 мільйона кілометрів від Сонця і рухається зі швидкістю 105 444 км/год повільніше, ніж взимку.
Те саме відбувається з Місяцем, на який в основному впливає земне тяжіння.
Це теж не завжди однакова відстань на своїй орбіті.
Є момент найближчого наближення (відстань земля - місяць дорівнює 363 300 км) і момент максимальної відстані (405 500 км).
Відповідно змінюється і швидкість орбіти Місяця. Він коливається від 3873 км/год біля землі і 3470 км/год від землі.
Незалежно від того, де ми знаходимось на землі, ми не падаємо з нього. Сила тяжіння завжди діє до центру Землі. Плюс немає "вгору" або "вниз".
Рухаємось по сферичній поверхні. Куди б ми не йшли, у нас земля біля ніг, а небо над нами.
В Європі, Африці, Азії, Америці чи Австралії гравітація впливає на нас однаково скрізь. Ми ні падаємо з землі, ні десь стоїмо на голові (крім спорту ...).
Якщо ми хочемо залишити землю, ми повинні подолати гравітаційне тяжіння, яке `` прив'язує '' нас до нашої планети. Для цього потрібна протисила, що перевищує силу тяжіння. Ось чому ракети завжди починаються з таким сильним ревом та у величезному пожежі з великою кількістю пари.
Космічна ракета має найпотужніші двигуни з усіх можливих. Для того, щоб мати змогу генерувати достатньо тяги, ракети мають у нижньому кінці безліч форсунок, з яких вихлопні гази двигунів витікають під високим тиском і штовхають ракету в зворотному напрямку вгору.
Тільки коли ракета досягне необхідної швидкості втечі, вона назавжди уникне сили тяжіння. Якщо це трохи занадто повільно, воно почнеться і підніметься вгору, але в якийсь момент воно впаде назад до землі.
Гравітація на інших небесних тілах
На Місяці
Місяць менший і легший за земний. Тож його привабливість менша. Відвідувачі Місяця відчувають це, бо можуть стрибати все вище і далі. Це можна було побачити в рухах американських космонавтів. Різниця між гравітаціями Землі та Місяця величезна. Просто розділіть вагу, яку показує вага, на шість. Тоді ви знаєте, наскільки важким ви будете на Місяці.
На Марсі
Гравітація Марса становить лише третину земної сили. На Марсі ми легші, ніж на Землі (розділіть свою вагу на три!), Але важчі, ніж на Місяці. Відвідувачі Марса могли відчути різницю там, гуляючи. Стрибки простіші, предмети можна кидати далі, ніж на землю.
На газових планетах
Ми не можемо сісти на газові планети, оскільки їх тверда поверхня захована глибоко в товстому шарі атмосфери. Але якби ми могли приземлитися, ми б не отримували від цього задоволення. Великі газові планети мають величезну силу притягання, яка притисне нас рівно об землю, ми не змогли встати. Але, як я вже сказав, відвідування там неможливі. Крім того, тиск повітря в газовій оболонці розчавить нас.
На космічній станції
На космічній станції спостерігається невагомість, сила тяжіння майже дорівнює нулю. Тим не менше, воно знаходиться у сфері впливу земного гравітаційного поля. Якщо космічна станція зупинилася, астронавти могли відчути легку гравітацію, що тягне їх до Землі. Оскільки земля також тягне за собою космічну станцію і вона зазнає краху, вона утримується на орбіті. Тут відцентрова сила протидіє силі тяжіння. Оскільки обидві сили виключають одна одну, на борту є невагомість.
Дізнатися, що означає невагомість для людського організму, можна на сторінці "Люди в космосі".
На астероїдах
Можна навіть гуляти на астероїдах, яких зараз досить мало. Однак привабливості там дуже мало. Можливі дуже високі стрибки. Потрібно лише бути обережним, щоб випадково не відплисти, залежно від розміру астероїда.
Якщо ви хочете перевірити, що масштаби показуватимуть на інших небесних тілах, ви можете скористатися гравітаційним калькулятором.