ความแรงของแรงโน้มถ่วงบนโลกแข็งแกร่งแค่ไหน?

Send

แรงโน้มถ่วงเป็นพลังพื้นฐานที่ยอดเยี่ยม หากไม่ใช่เพื่อความสะดวกสบายของโลก 1 ก.ซึ่งเป็นสาเหตุให้วัตถุตกลงสู่พื้นโลกด้วยความเร็ว 9.8 m / s²เราทุกคนลอยไปในอวกาศ และหากปราศจากมันสปีชีส์บกของเราทุกชนิดจะค่อยๆเหี่ยวเฉาและตายไปเมื่อกล้ามเนื้อของเราเสื่อมสภาพกระดูกของเราก็จะเปราะและอ่อนแอและอวัยวะของเราก็หยุดทำงาน

ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้โดยไม่ต้องพูดเกินจริงว่าแรงโน้มถ่วงไม่เพียง แต่เป็นความจริงของชีวิตบนโลกนี้ แต่เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับมัน อย่างไรก็ตามเนื่องจากมนุษย์ดูเหมือนจะตั้งใจที่จะออกจากหินก้อนนี้ - หนี "พันธะของโลก" อย่างที่เคยเป็นมา - ทำความเข้าใจเกี่ยวกับแรงดึงดูดของโลกและสิ่งที่ต้องใช้ในการหลบหนีมันเป็นสิ่งจำเป็น ดังนั้นแรงโน้มถ่วงของโลกที่แข็งแกร่งแค่ไหน

ความหมาย:

ในการทำลายมันลงมาแรงโน้มถ่วงเป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติซึ่งทุกสิ่งที่มีมวลถูกนำเข้าหากัน - เช่นดาวเคราะห์ดาวเคราะห์ดวงดาวกาแลคซีกลุ่มซุปเปอร์ ฯลฯ วัตถุยิ่งมีมวลมากเท่าไหร่แรงโน้มถ่วงก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น บนวัตถุรอบ ๆ แรงโน้มถ่วงของวัตถุก็ขึ้นอยู่กับระยะทางด้วยเช่นปริมาณที่ออกแรงกับวัตถุนั้นลดลงเมื่อระยะทางเพิ่มขึ้น

แรงโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในสี่กองกำลังพื้นฐานที่ควบคุมการโต้ตอบทั้งหมดในธรรมชาติ (พร้อมกับพลังนิวเคลียร์ที่อ่อนแอ, พลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่ง, และแม่เหล็กไฟฟ้า) ของแรงเหล่านี้แรงโน้มถ่วงเป็นจุดอ่อนที่สุดมีค่าประมาณ 10³⁸ คูณอ่อนแอกว่าพลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่ง 10³⁶ คูณอ่อนแอกว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและ 10²⁹ คูณอ่อนแอกว่าพลังนิวเคลียร์ที่อ่อนแอ

ด้วยเหตุนี้แรงโน้มถ่วงจึงมีอิทธิพลเล็กน้อยต่อสสารที่มีขนาดเล็กที่สุด (เช่นอนุภาคย่อยของอะตอม) อย่างไรก็ตามในระดับมหภาค - ที่ของดาวเคราะห์ดาวกาแลคซีและอื่น ๆ - แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่มีอิทธิพลต่อการปฏิสัมพันธ์ของสสาร มันก่อให้เกิดการก่อตัวรูปร่างและวิถีของวัตถุทางดาราศาสตร์และควบคุมพฤติกรรมทางดาราศาสตร์ นอกจากนี้ยังมีบทบาทสำคัญในการวิวัฒนาการของเอกภพยุคแรก

มันมีความรับผิดชอบต่อการรวมตัวกันเป็นกลุ่มก่อตัวเป็นเมฆก๊าซซึ่งเกิดการยุบตัวด้วยแรงโน้มถ่วงก่อตัวดาวฤกษ์ดวงแรกซึ่งถูกดึงเข้าหากันเพื่อก่อตัวกาแลคซีแห่งแรก และภายในระบบดาวแต่ละดวงมันทำให้ฝุ่นและก๊าซรวมตัวกันก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ นอกจากนี้ยังควบคุมการโคจรของดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ดวงจันทร์รอบดาวเคราะห์การหมุนของดาวรอบใจกลางกาแลคซีของพวกเขาและการรวมกันของกาแลคซี

ความโน้มถ่วงและสัมพัทธภาพสากล:

เนื่องจากพลังงานและมวลมีความเท่ากันพลังงานทุกรูปแบบรวมถึงแสงก็ก่อให้เกิดความโน้มถ่วงและอยู่ภายใต้อิทธิพลของมัน สิ่งนี้สอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ซึ่งยังคงเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการอธิบายพฤติกรรมของแรงโน้มถ่วง ตามทฤษฎีนี้แรงโน้มถ่วงไม่ใช่แรง แต่เป็นผลมาจากความโค้งของกาลอวกาศที่เกิดจากการกระจายมวล / พลังงานที่ไม่สม่ำเสมอ

ตัวอย่างที่รุนแรงที่สุดของความโค้งของกาลอวกาศคือหลุมดำซึ่งไม่มีสิ่งใดสามารถหลบหนีได้ โดยปกติแล้วหลุมดำมักเป็นผลมาจากดาวฤกษ์มวลมหาศาลที่ไปอยู่ที่ซูเปอร์โนวาโดยทิ้งเศษดาวแคระขาวที่มีมวลเป็นจำนวนมากเอาไว้ความเร็วในการหลบหนีนั้นสูงกว่าความเร็วแสง การเพิ่มขึ้นของแรงโน้มถ่วงยังส่งผลให้เกิดการยืดเวลาของแรงโน้มถ่วงเมื่อเวลาผ่านไปช้ากว่า

สำหรับการใช้งานส่วนใหญ่แรงโน้มถ่วงอธิบายได้ดีที่สุดโดยกฎแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตันซึ่งระบุว่าแรงโน้มถ่วงนั้นมีอยู่เป็นแรงดึงดูดระหว่างสองร่าง ความแรงของแรงดึงดูดนี้สามารถคำนวณทางคณิตศาสตร์ได้ซึ่งแรงดึงดูดนั้นแปรผันตรงกับผลคูณของมวลของมันและแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างพวกมัน

แรงดึงดูดของโลก:

บนโลกแรงโน้มถ่วงให้น้ำหนักกับวัตถุทางกายภาพและทำให้เกิดกระแสน้ำในมหาสมุทร แรงโน้มถ่วงของโลกเป็นผลมาจากมวลและความหนาแน่นของดาวเคราะห์ - 5.97237 × 10²⁴ กก. (1.31668 × 10²⁵ ปอนด์) และ 5.514 g / cm³ตามลำดับ สิ่งนี้ส่งผลให้โลกมีความแรงโน้มถ่วงที่ 9.8 m / s²ใกล้กับพื้นผิว (หรือที่รู้จักกันในชื่อ 1 ก.) ซึ่งโดยธรรมชาติจะลดระยะห่างที่ไกลออกไปหนึ่งจากพื้นผิว

นอกจากนี้แรงโน้มถ่วงของโลกจะเปลี่ยนไปตามที่คุณยืนอยู่ เหตุผลแรกเป็นเพราะโลกหมุน ซึ่งหมายความว่าแรงโน้มถ่วงของโลกที่เส้นศูนย์สูตรคือ 9.789 m / s²ในขณะที่แรงโน้มถ่วงที่ขั้วคือ 9.832 m / s². พูดอีกอย่างก็คือคุณมีน้ำหนักที่ขั้วมากกว่าเส้นศูนย์สูตรเนื่องจากแรงสู่ศูนย์กลาง แต่มีเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

ในที่สุดแรงโน้มถ่วงสามารถเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับสิ่งที่อยู่ภายใต้โลกใต้ ความเข้มข้นของมวลสารที่สูงขึ้นเช่นหินที่มีความหนาแน่นสูงหรือแร่ธาตุสามารถเปลี่ยนแรงโน้มถ่วงที่คุณรู้สึกได้ แต่แน่นอนว่าเงินจำนวนนี้น้อยเกินกว่าจะสังเกตเห็นได้ ภารกิจของนาซ่าได้แมปสนามแรงโน้มถ่วงของโลกด้วยความแม่นยำอย่างไม่น่าเชื่อแสดงให้เห็นถึงความแตกต่างของความแข็งแกร่งขึ้นอยู่กับตำแหน่ง

แรงโน้มถ่วงจะลดลงตามความสูงเนื่องจากคุณอยู่ห่างจากใจกลางโลกมาก แรงที่ลดลงจากการปีนขึ้นไปบนยอดเขานั้นน้อยมาก (แรงโน้มถ่วงน้อยกว่าที่ยอดเขาเอเวอเรสต์ 0.28%) แต่ถ้าคุณสูงพอที่จะไปถึงสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) คุณจะได้ 90% แรงโน้มถ่วงที่คุณสัมผัสได้บนพื้นผิว

อย่างไรก็ตามเนื่องจากสถานีอยู่ในสภาพปลอดวัตถุ (และในสุญญากาศของอวกาศ) วัตถุและนักบินอวกาศบนสถานีอวกาศนานาชาติก็สามารถลอยไปมาได้ โดยทั่ว ๆ ไปเนื่องจากทุกสิ่งบนสถานีตกไปในอัตราเดียวกันสู่โลกผู้ที่อยู่บนสถานีอวกาศนานาชาตินั้นมีความรู้สึกไร้น้ำหนัก - แม้ว่าพวกเขาจะยังคงน้ำหนักประมาณ 90% ของสิ่งที่พวกเขาต้องการบนพื้นผิวโลก

แรงโน้มถ่วงของโลกยังรับผิดชอบต่อโลกของเราที่มี“ ความเร็วการหลบหนี” ที่ 11.186 km / s (หรือ 6.951 mi / s) โดยพื้นฐานแล้วนั่นหมายความว่าจรวดต้องบรรลุความเร็วนี้ก่อนที่จะหวังว่าจะหลุดพ้นจากแรงโน้มถ่วงของโลกและเข้าถึงอวกาศ และด้วยการเปิดตัวจรวดส่วนใหญ่แรงผลักดันของพวกเขาส่วนใหญ่จะทุ่มเทให้กับงานนี้เพียงอย่างเดียว

เนื่องจากความแตกต่างระหว่างแรงโน้มถ่วงของโลกและแรงโน้มถ่วงของวัตถุอื่น - เช่นดวงจันทร์ (1.62 m / s²; 0.1654ก.) และดาวอังคาร (3.711 m / s²; 0.376 g) - นักวิทยาศาสตร์ไม่แน่ใจว่าเอฟเฟกต์จะเป็นอย่างไรต่อนักบินอวกาศที่ไปปฏิบัติภารกิจระยะยาวกับร่างกายเหล่านี้

ในขณะที่การศึกษาได้แสดงให้เห็นว่าภารกิจระยะยาวใน microgravity (เช่นในสถานีอวกาศนานาชาติ) มีผลกระทบต่อสุขภาพของนักบินอวกาศ (รวมถึงการสูญเสียความหนาแน่นของกระดูก, กล้ามเนื้อเสื่อม, ความเสียหายต่ออวัยวะและสายตา) ไม่มีการศึกษาเกี่ยวกับผลกระทบของ สภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำ แต่ด้วยข้อเสนอหลายอย่างที่ทำเพื่อกลับไปยังดวงจันทร์และข้อเสนอ "การเดินทางสู่ดาวอังคาร" ของนาซ่านั้นควรมีข้อมูลที่กำลังจะมาถึง!

ในฐานะที่เป็นสิ่งมีชีวิตบนบกมนุษย์เราทั้งคู่ได้รับพรและถูกสาปด้วยแรงโน้มถ่วงของโลก ในอีกด้านหนึ่งมันทำให้การเข้าไปในพื้นที่ค่อนข้างยากและมีราคาแพง ในอีกแง่หนึ่งมันช่วยให้เรามีสุขภาพที่ดีเนื่องจากสปีชีส์ของเราเป็นผลผลิตของวิวัฒนาการสายพันธุ์หลายพันล้านปีที่เกิดขึ้นใน 1 ก. สิ่งแวดล้อม

หากเราหวังว่าจะเป็นสายพันธุ์อวกาศและอวกาศที่แท้จริงเราควรหาวิธีจัดการกับน้ำหนักและแรงโน้มถ่วงที่ต่ำกว่า ไม่อย่างนั้นพวกเราไม่มีแนวโน้มที่จะออกนอกโลกนานนัก!

เราได้เขียนบทความมากมายเกี่ยวกับ Earth for Space Magazine แรงโน้มถ่วงมาจากไหนใครจะค้นพบแรงดึงดูดทำไมโลกรอบตัวเราทำไมดวงอาทิตย์ไม่ขโมยดวงจันทร์เราจะสร้างแรงดึงดูดเทียมและมันฝรั่งพอทสดัมแรงโน้มถ่วงแสดงความผันแปรของแรงดึงดูดของโลก .

ต้องการทรัพยากรเพิ่มเติมบนโลก? นี่คือลิงก์ไปยังหน้า Human Spaceflight ของ NASA และนี่คือ Visible Earth ของนาซา

เราได้บันทึกเรื่องราวของ Astronomy Cast เกี่ยวกับ Earth ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการทัวร์ของเราผ่านระบบสุริยะ - ตอนที่ 51: Earth และตอนที่ 318: Escape Velocity

แหล่งที่มา: