Как се променя теглото ни, докато пътуваме Приключението на физиката
Ако пътуваме някъде и ако летим, теглото ни е различно от обичайното поради законите на физиката, дори ако пренебрегнем обичайните явления в живота (метаболизъм, изпаряване). Това е така, защото теглото е сила върху масата, която е различна в различните точки на Земята и на различни височини. За причините за това си струва да се замислим.
Каква е разликата между теглото и масата?
Преди всичко трябва да правим разлика между маса и тегло, говорим за тегло, когато говорим за силата, която действа върху масата тук на земята. Това се дължи основно на гравитационното привличане на Земята, но ефектите на Слънцето и Луната, както и силите, дължащи се на орбитата и въртенето на Земята, също трябва да бъдат взети под внимание. Когато говорим за тегло, не мислете за двураменна скала, защото тогава елементите от набора тежести, използвани за измерване, се променят по същия начин с тежестта, която трябва да се измери, но с пружинна скала. Ако точността на това е достатъчно добра, можем сами да се убедим в промяната в теглото си, когато пътуваме или сме в различни части на Земята.
Законът за гравитацията на Нютон
Според закона за гравитацията силата на привличане между масите "m" и "M" на разстояние "R" е:
където G = 6 674,10 -11 m 3 kg -1 s -2 е общата гравитационна константа.
Гравитационната връзка на Слънцето, Луната и Земята
Изследвайте величината на различните сили въз основа на масата на Земята, Слънцето и Луната и средните радиуси на орбита, в случая на Земята, като използвате радиуса на планетата.
Теглото на повърхността на Земята може да се характеризира с ускорението на гравитацията "g":
Това може да бъде проследено до закона на гравитацията, ако поставим цялата маса на Земята в центъра на мисълта и заменим радиуса на Земята за отношението:
Ускорението на гравитацията, изчислено оттук, е g = 9,844 m/s 2, близо до средната стойност, измерена на земята. Това е така, защото ускорението на гравитацията g зависи също от географското положение и надморската височина. Причината за първата е, че периферната скорост на въртене на Земята по меридианите е различна.
Феноменът на приливите и отливите
Известно е явлението приливи и отливи по бреговете на моретата и океаните, причинено от промени в положението на Слънцето и Луната поради въртенето на Земята. Нека разгледаме силата на Слънцето и Луната върху телата на земята. За сравнение това се използва последната колона на таблицата за сравняване на данните със Земята. Вижда се, че гравитационното привличане на Слънцето е много по-голямо, дори 178 пъти по-голямо от това на Луната, но дори това е далеч по-слабо от гравитационното привличане на Земята. За човек с тегло 100 килограма това е еквивалентно на тегло 60 грама. Това би ли означавало, че по обяд, когато това привличане се изважда от гравитацията на Земята ((тогава привличането на Слънцето сочи нагоре), ще бъдем толкова по-леки, докато в полунощ (тогава привличането на Слънцето сочи надолу) да е толкова по-тежък? Това обаче не е така, тъй като центробежната сила по време на въртене е:
просто балансира гравитационната сила на Слънцето. Тук при изчисляване на силата трябва да се вземат предвид средната скорост на Земята (30 км/сек) и средното разстояние от Слънцето. (Скоростта се изразява в m/s, разстоянието в метри и е дадено в нютонови единици, а 9 844 нютона е еквивалентно на теглото от 1 килограм.)
Ако привличането на Слънцето е толкова пъти по-голямо, тогава защо ефектът от лунния прилив ще бъде 2-3 пъти по-голям от този на Слънцето, можем да зададем въпроса. Статиите за приливите и отливите (като Уикипедия) не дават точно обяснение за това, те само споменават, че причината е по-малкото разстояние на Луната.
Представете си сега на брега на морето, когато или Луната, или Слънцето са точно над главите ни. Какъв ефект има небесното тяло върху масата вода, която е на „х“ от нас? Силата, действаща там, няма да бъде вертикална, но ще бъде и компонент, сочещ към брега. Вертикалният компонент е балансиран от центробежната сила, но това не е така при хоризонталния компонент, който следователно привлича морската вода към брега. При отлив ситуацията е обърната, в този момент хоризонталният компонент на привличането на Слънцето или Луната ще изтегли водата в близост до брега към дълбокото море. Този хоризонтален компонент ще бъде пропорционален на коефициента на разстоянието „x“ от брега и разстоянието „R“ на небесното тяло, като коефициентът на гравитационното привличане на небесното тяло трябва да бъде умножен по този коефициент. Тъй като Луната е 390 пъти по-близо до нас от Слънцето, това също трябва да се вземе предвид при изчисляване на силата, която тегли към брега, която в случая на Луната ще бъде 2,2 пъти по-голяма от това, което Слънцето създава.