Tyngdkraften är en ganska fantastisk grundkraft. Om det inte var för jordens bekväma 1 g, som får föremål att falla mot jorden med en hastighet av 9,8 m/s², vi skulle alla flyta ut i rymden. Och utan det, alla oss markbundna arter skulle långsamt vissna och dö när våra muskler degenererade, våra ben blev spröda och svaga, och våra organ slutade fungera ordentligt.

Så man kan utan överdrifter säga att gravitationen inte bara är ett faktum i livet här på jorden, men en förutsättning för det. Dock, eftersom människor verkar avsiktliga att kliva av denna sten - att undkomma "jordens sura band", liksom - att förstå jordens gravitation och vad som krävs för att fly den är nödvändigt. Så hur stark är jordens gravitation?

Definition

För att bryta ner det, tyngdkraften är ett naturfenomen där alla saker som besitter massa bringas mot varandra - dvs asteroider, planeter, stjärnor, galaxer, superkluster, etc. Ju mer massa ett objekt har, desto mer gravitation kommer den att utöva på föremål runt den. Ett objekts gravitationskraft är också beroende av avstånd - dvs mängden det utövar på ett objekt minskar med ökat avstånd.

Tyngdkraften är också en av de fyra grundläggande krafter som styr alla samspel i naturen (tillsammans med svag kärnkraft, stark kärnkraft, och elektromagnetism). Av dessa krafter, tyngdkraften är den svagaste, är ungefär 1038 gånger svagare än den starka kärnkraften, 10 ³⁶ gånger svagare än den elektromagnetiska kraften och 10 ²⁹ gånger svagare än den svaga kärnkraften.

Som en konsekvens, tyngdkraften har en försumbar påverkan på materia i den minsta skalan (dvs. subatomära partiklar). Dock, på makroskopisk nivå - planeten, stjärnor, galaxer, etc. - gravitationen är den dominerande kraften som påverkar materiens interaktioner. Det orsakar bildandet, form och bana för astronomiska kroppar, och styr astronomiskt beteende. Det spelade också en stor roll i utvecklingen av det tidiga universum.

Det var ansvarigt för att materia klumpade ihop sig till gasmoln som genomgick gravitationskollaps, bildar de första stjärnorna - som sedan drogs ihop för att bilda de första galaxerna. Och inom enskilda stjärnsystem, det fick damm och gas att samlas för att bilda planeterna. Det styr också planeternas banor runt stjärnor, månar runt planeter, stjärnornas rotation runt galaxens mitt, och sammanslagningen av galaxer.

Universell gravitation och relativitet

Eftersom energi och massa är ekvivalenta, alla former av energi, inklusive ljus, också orsaka gravitation och är påverkade av den. Detta överensstämmer med Einsteins allmänna relativitetsteori, som fortfarande är det bästa sättet att beskriva gravitationens beteende. Enligt denna teori, tyngdkraften är inte en kraft, men en följd av krökning av rymdtid orsakad av ojämn fördelning av massa/energi.

Det mest extrema exemplet på denna krökning av rymdtiden är ett svart hål, från vilken ingenting kan fly. Svarta hål är vanligtvis en produkt av en supermassiv stjärna som har gått supernova, lämnar efter sig en vit dvärgrest som har så mycket massa, dess rymningshastighet är större än ljusets hastighet. En ökning av tyngdkraften resulterar också i gravitationstidsutvidgning, där tiden går långsammare.

För de flesta applikationer dock tyngdkraften förklaras bäst av Newtons lag om universell gravitation, som säger att gravitationen finns som en attraktion mellan två kroppar. Styrkan hos denna attraktion kan beräknas matematiskt, där attraktionskraften är direkt proportionell mot produkten av deras massor och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan dem.

Jordens tyngdkraft

På jorden, tyngdkraften ger tyngd åt fysiska föremål och orsakar havets tidvatten. Kraften av jordens gravitation är resultatet av planetens massa och densitet - 5,97237 × 10 ²⁴ kg (1,31668 × 10 ²⁵ lbs) och 5,514 g/cm ³ , respektive. Detta resulterar i att jorden har en gravitationskraft på 9,8 m/s² nära ytan (även känd som 1 g), som naturligtvis minskar ju längre bort man är från ytan.

Dessutom, tyngdkraften på jorden ändras faktiskt beroende på var du står på den. Den första anledningen är att jorden roterar. Det betyder att jordens gravitation vid ekvatorn är 9,789 m/s ² , medan tyngdkraften vid polerna är 9,832 m/s ² . Med andra ord, du väger mer vid polerna än du gör vid ekvatorn på grund av denna centripetalkraft, men bara lite mer.

Till sist, tyngdkraften kan förändras beroende på vad som finns under jorden under dig. Högre koncentrationer av massa, som stenar med hög densitet eller mineraler kan ändra tyngdkraften som du känner. Men självklart, denna mängd är för liten för att vara märkbar. NASA -uppdrag har kartlagt jordens tyngdkraftsfält med otrolig noggrannhet, visar variationer i dess styrka, beroende på plats.

Tyngdkraften minskar också med höjden, eftersom du är längre bort från jordens centrum. Minskningen i kraft från klättring till toppen av ett berg är ganska minimal (0,28% mindre gravitation på toppen av Mount Everest), men om du är tillräckligt hög för att nå International Space Station (ISS), du skulle uppleva 90% av tyngdkraften du skulle känna på ytan.

Dock, eftersom stationen befinner sig i ett fritt fall (och även i rymdens vakuum) kan föremål och astronauter ombord på ISS flyta runt. I grund och botten, eftersom allt ombord på stationen faller i samma takt mot jorden, de ombord på ISS har en känsla av att vara viktlösa - även om de fortfarande väger cirka 90% av vad de skulle på jordens yta.

Jordens gravitation är också ansvarig för att vår planet har en ”flyghastighet” på 11,186 km/s (eller 6,951 mi/s). Väsentligen, detta betyder att en raket måste uppnå denna hastighet innan den kan hoppas kunna bryta sig loss från jordens gravitation och nå rymden. Och med de flesta raketuppskjutningar, majoriteten av deras drivkraft ägnas enbart åt denna uppgift.

På grund av skillnaden mellan jordens gravitation och gravitationskraften på andra kroppar - som månen (1,62 m/s²; 0,1654 g) och Mars (3,711 m/s²; 0,376 g) - är forskare osäkra på vad effekterna skulle få för astronauter som gick på långsiktiga uppdrag till dessa organ.

Medan studier har visat att långvariga uppdrag i mikrogravitation (dvs. på ISS) har en skadlig effekt på astronautens hälsa (inklusive förlust av bentäthet, muskeldegeneration, skador på organ och syn) inga studier har gjorts om effekterna av miljöer med lägre gravitation. Men med tanke på de många förslag som gjorts för att återvända till månen, och NASA:s föreslagna "Journey to Mars", den informationen ska komma!

Som jordiska varelser, vi människor är både välsignade och förbannade av kraften i jordens gravitation. Å ena sidan, det gör det svårt och dyrt att komma ut i rymden. På den andra, det säkerställer vår hälsa, eftersom vår art är en produkt av miljarder år av artutveckling som ägde rum i en 1 g miljö.

Om vi ​​någonsin hoppas kunna bli en verkligt rymdfärdig och interplanetarisk art, vi räknar bättre ut hur vi ska hantera mikrogravitation och lägre gravitation. Annat, ingen av oss kommer sannolikt att komma utanför världen så länge!