Гравитация - астрономическа боклук
Публикувано от Дениз. Публикувано в Небесната механика
Земно притегляне
Гравитацията се нарича още гравитация или, по отношение на земята, гравитация.
Тя е много странна сила. И до днес не е съвсем ясно как всъщност работи. Това, което знаем е, че телата се привличат взаимно. Колко силна зависи от тяхната маса и разстоянието между тях. Колкото по-близо са, толкова повече се привличат.
Ако едното тяло е много по-тежко от другото, то също го дърпа много повече. Успяхме да изпитаме този ефект през 1994 г., когато малката комета Шумейкър-Леви премина близо до великия Юпитер и беше толкова привлечена от него, че се потопи в атмосферата на Юпитер и изгоря.
Земната гравитация кара всичко да бъде изтеглено към центъра на земята. Така че няма значение дали сме „горе“ в Европа или „долу“ в Австралия на земята - никой не пада от земята. Всички са изтеглени към центъра и задържани. Няма истински нагоре и надолу.
За да се получи нещо, например ракета, далеч от земята, са необходими огромни сили на тяга, които трябва да преодолеят земната гравитация. Ако дори един двигател на ракетата се повреди по време на изстрелването, тя няма да излезе в космоса. Той ще излети нагоре, но след това ще се разбие в широка дъга.
Гравитацията също кара пространството да се извива около тялото. Това е много трудно за разбиране и се появи едва преди около 100 години. Алберт Айнщайн обясни този ефект в своята теория на относителността. За да можете да си представите това, намерете си плат, камък или мрамор и някой, който може да се присъедини. Сега хванете добре кърпата в четирите ъгъла и поставете предмета върху нея.
Какво се случва с кърпата? Сега платът е вдлъбнат там, където лежи обектът. Ето как можете да си представите пространството около небесно тяло. Нашето слънце например има 98% от общата маса на Слънчевата система. Това доста вдлъбна стаята.
Черните дупки са още по-екстремни. Те излязоха от изключително масивни звезди и вдлъбнаха пространството по такъв начин, че да се създаде дупка, така да се каже. Ако нещо се приближи твърде много до черната дупка, то пада и изчезва. Работи с материя и дори със светлина! Дори лъчите светлина вече не могат да избягат от черната дупка. Ето защо е толкова черен - не излъчва никаква светлина.
Кривината на пространството
Четвъртото измерение е времето. Но можем да се движим само в една посока, а именно напред в бъдещето.
На снимката вдясно се виждат само две измерения, дължина и ширина. Пространството е невидимо и няма линии, но ако се замислим за тях, можем по-добре да си представим как ще бъде вдлъбнато от масата.
На снимката вдясно няма нищо вдлъбнато или огънато, пространството не се влияе от никаква маса.
Следващата снимка показва как помещението е вдлъбнато. Тялото извива пространството около него със своята маса. Колкото по-тежко е тялото, толкова по-голяма е кривината на пространството. Това е показано тук на примера на слънцето.
Земята също има този ефект, но не толкова силно, колкото слънцето, защото има по-малка маса. Така че можете по-добре да си представите защо по-малко тяло е привлечено от голямо: то се „търкаля“ в ямата, създадена от тежкото слънце.
Единствената причина, поради която планетите не се търкалят директно в слънцето и изгарят там, е, че друга сила противодейства на гравитацията или кривината на пространството: центробежна сила.
Колкото по-близо е една планета до слънцето, толкова по-силно действа гравитацията върху нея. Съответно по-висока скорост е необходима за стабилна орбита. Ето защо Меркурий, най-близката до Слънцето планета, се движи около Слънцето с най-висока скорост от всички планети. Той има средна скорост от невероятните 172 000 км/ч! Например, той е повече от два пъти по-бърз от планетата Марс със 86 760 км/ч.
Колко бързо пътуват всички планети е показано в таблицата на планетите. Ако Меркурий беше по-бавен, той щеше да се приближава все по-близо до слънцето по спирална пътека и в един момент да се потопи в атмосферата си и да изгори.
Как работи гравитацията?
Слънцето задържа всички планети, астероиди, комети и всичко друго, което бръмчи наоколо със своята гравитация и не им позволява да отлетят.
Центробежната сила от своя страна предотвратява падането на планетите на слънце. Той противодейства на гравитацията по такъв начин, че и двете сили се отменят взаимно и тялото се движи по орбита около слънцето.
Дори на Плутон, който е на повече от 6 милиарда километра от Слънцето, слънчевата гравитация действа. Така че телата на Слънчевата система се движат по доста стабилни орбити около Слънцето.
Не само слънцето, всяко тяло има атракция. Зависи от неговата маса. Тъй като слънцето е най-голямото тяло (то има около 98% от общата маса в Слънчевата система), неговата гравитация е и най-голямата и най-влиятелната.
Това може да се види на примера с комети: те обикалят слънцето по удължени елипси. Орбитата им ги води през Слънчевата система.
Понякога те се отдалечават много далеч на слънце. Тогава крейсерската скорост също е по-ниска. Когато се приближават към слънцето, те стават все по-бързи и по-бързи. С много инерция те обикалят слънцето и след това отново се отдалечават от него, забавяйки все повече и повече.
Следователно скоростта на небесно тяло по неговата орбита зависи от разстоянието до тялото, което обикаля.
По пътя си около слънцето кометите минават и покрай планети, които са много по-големи от тях. Орбитата им се влияе от гравитацията на планетата. В зависимост от разстоянието до планетата, само минимално или много сериозно, както успяхме да наблюдаваме през 1994 г.
По това време кометата Шумейкър-Леви 9 се приближи твърде близо до планетата Юпитер и беше разкъсана от гравитационното си влияние и изхвърлена от курса. В крайна сметка фрагментите на кометата се разбиха в газовия гигант, кометата вече не съществува. Картината показва потапяне на фрагмент G в облаците на Юпитер.
Земята също променя скоростта си по пътя си около слънцето.
Когато е зима в северното полукълбо, земята е близо до слънцето и се движи малко по-бързо по своята орбита.
След това има минимално разстояние от слънцето 147,1 милиона километра и скорост 109 044 км/ч.
През лятото, от друга страна, земята достига точката на своята орбита с най-голямо разстояние от слънцето. Сега тя е на 152,1 милиона километра от слънцето и се движи със 105 444 км/ч по-бавно, отколкото през зимата.
Същото се случва и с Луната, която се влияе главно от земната гравитация.
То също не винаги е на еднакво разстояние в своята орбита.
Има момент на най-близкото приближаване (разстоянието земя - луна е тогава 363 300 км) и момент на максимално разстояние (405 500 км).
Скоростта на орбитата на Луната се променя съответно. Тя варира от 3873 km/h близо до земята и 3470 km/h далеч от земята.
Без значение къде сме на земята, ние не падаме от него. Силата на гравитацията винаги работи към центъра на земята. Плюс това няма „нагоре“ или „надолу“.
Движим се по сферична повърхност. Където и да отидем, имаме земята в краката си и небето над нас.
Независимо дали в Европа, Африка, Азия, Америка или Австралия, гравитацията ни влияе еднакво навсякъде. Нито падаме от земята, нито никъде стоим на главите си (освен в спорта ...).
Ако искаме да напуснем земята, трябва да преодолеем гравитационното притегляне, което ни „свързва“ с нашата планета. Това изисква противодействие, което е по-голямо от гравитацията. Ето защо ракетите винаги започват с такъв страхотен рев и в огромен изблик на огън с много пара.
Космическата ракета има най-мощните двигатели, които съществуват. За да могат да генерират достатъчно тяга, ракетите имат много дюзи в долния край, от които отработените газове на двигателите текат при високо налягане и изтласкват ракетата в обратна посока нагоре.
Само когато ракетата достигне необходимата евакуационна скорост, тя трайно ще избяга от гравитацията. Ако е малко бавен, той ще започне и ще се издигне нагоре, но в един момент ще падне обратно към земята.
Гравитация върху други небесни тела
На Луната
Луната е по-малка и по-лека от земята. Така че привличането му е по-малко. Посетителите на Луната усещат това, защото могат да скачат все по-нагоре и по-далеч. Това се виждаше в движенията на американските астронавти. Разликата между гравитациите на Земята и Луната е огромна. Просто разделете тежестта, която показва вашата везна, на шест. Тогава знаете колко „тежка“ ще бъдете на Луната.
На Марс
Гравитацията на Марс е само една трета от земната гравитация. На Марс сме по-леки, отколкото на Земята (разделете теглото си на три!), Но по-тежки, отколкото на Луната. Посетителите на Марс усещаха разликата там по време на разходките си. Скоковете са по-лесни, предметите могат да се хвърлят по-далеч, отколкото на земята.
На газови планети
Не можем да кацнем на газови планети, защото тяхната твърда повърхност е скрита дълбоко в дебелия слой на атмосферата. Но ако можехме да кацнем, нямаше да се наслаждаваме. Големите газови планети притежават огромна сила на привличане, която би ни притиснала на земята, не можехме да станем. Но както казах, посещенията там не са възможни. Освен това въздушното налягане в газовата обвивка би ни смазало.
В космическата станция
В космическа станция има безтегловност, гравитацията е почти нула. Въпреки това той е в сферата на влияние на земното гравитационно поле. Ако космическата станция спре, астронавтите могат да почувстват лека гравитация, която ги дърпа към Земята. Тъй като земята също дърпа космическата станция и тя би се разбила, тя се държи в орбита. Тук центробежната сила противодейства на гравитационното привличане. Тъй като и двете сили се отменят взаимно, на борда има безтегловност.
Можете да разберете какво означава безтегловност за човешкия организъм на страницата „Хора в Космоса“.
На астероиди
Можете дори да се разхождате с астероиди, които сега са доста малки. Привличането там обаче е много малко. Възможни са много високи скокове. Просто трябва да внимавате да не изплувате случайно, в зависимост от размера на астероида.
Ако искате да тествате какво би показала везната на други небесни тела, можете да използвате гравитационния калкулатор.