Гравітацыйнае прыцягненне Зямлі
Гравітацыя — адна з найфундаментальнейшых сіл у Сусвеце. Нягледзячы на тое, што яна нябачная, яе ўздзеянне адчуваецца пастаянна: прадметы падаюць на зямлю, вада цячэ на больш нізкія вышыні, і мы можам стаяць вертыкальна, не лунаючы ў паветры. Сярод розных крыніц гравітацыі найбольш цесна звязана з жыццём чалавека з'яўляецца гравітацыйнае прыцягненне Зямлі. Гэтая сіла трымае людзей, жывёл, расліны, акіяны і атмасферу на планеце, а таксама рэгулюе рух многіх аб'ектаў вакол Зямлі, у тым ліку штучных спадарожнікаў.
Разуменне сілы гравітацыі
Проста кажучы, гравітацыйнае прыцягненне — гэта сіла, якая прыцягвае аб'екты з масай адзін да аднаго. Паколькі Зямля мае такую вялікую масу, яна прыцягвае ўсё вакол сябе да свайго цэнтра. Гэта прыцягненне распаўсюджваецца на ўсе аб'екты: камяні, ваду, цела чалавека і нават паветра. Чым большая маса аб'екта, тым большая яго гравітацыйная сіла.
Гэтая канцэпцыя навукова тлумачыцца законам сусветнага прыцягнення, папулярызаваным Ісаакам Ньютанам. Згодна з прынцыпам Ньютана, сіла прыцягнення паміж двума аб'ектамі залежыць ад іх мас і адлегласці паміж імі. Гэта азначае, што Зямля прыцягвае нас з-за сваёй масы, і мы таксама прыцягваем Зямлю, але наша сіла настолькі малая, што яна не прыкметная ў паўсядзённым жыцці.
Чаму прадметы падаюць уніз?
Калі прадмет адпускаюць з рукі, ён рухаецца «ўніз», гэта значыць да цэнтра Зямлі. Кірунак «ўніз» не ўсюды адзін і той жа, калі глядзець з космасу; «ўніз» заўсёды азначае да цэнтра планеты. Вось чаму людзі ў розных частках Зямлі ўсё яшчэ адчуваюць сябе так, быццам яны стаяць на паверхні, а не ўніз галавой ці падаюць у космас.
Яшчэ адзін важны фактар — гэта гравітацыйнае паскарэнне. Паблізу паверхні Зямлі падаючы аб'ект адчувае паскарэнне каля 9,8 м/с². Гэта азначае, што кожную секунду хуткасць аб'екта павялічваецца прыкладна на 9,8 метра ў секунду (калі не ўлічваць супраціўленне паветра). Вось чаму падаючыя аб'екты паскараюцца, пакуль не ўдараюцца аб зямлю.
Гравітацыя, вага і маса: часта блытаюць
У паўсядзённым жыцці многія людзі атаясамліваюць «вагу» з «масай», хоць гэта розныя паняцці.
– Маса — гэта колькасць рэчыва ў аб'екце. Маса не змяняецца, нават калі аб'ект перамяшчаецца ў іншае месца.
– Вага — гэта сіла цяжару, якая дзейнічае на масу. Вага залежыць ад паскарэння сілы цяжару.
Простая формула, якая часта выкарыстоўваецца:
Вага (Вт) = маса (м) × паскарэнне сілы цяжару (г)
Калі маса чалавека на Зямлі складае 50 кг, яго вага складае прыблізна 50 × 9,8 = 490 ньютана. Калі б гэты чалавек быў на Месяцы, паскарэнне сілы цяжару было б меншым, таму яго вага была б значна лягчэйшай, нават калі яго маса засталася б 50 кг.
Чаму гравітацыя Зямлі не аднолькавая ўсюды?
Нягледзячы на тое, што гравітацыя Зямлі часта лічыцца пастаяннай, яна насамрэч нязначна змяняецца ў залежнасці ад месцазнаходжання. Для гэтага ёсць некалькі прычын:
1. Форма Зямлі не ідэальна круглая
Зямля крыху «выпуклая» на экватары і больш плоская на полюсах. У выніку адлегласць ад чалавека на экватары да цэнтра Зямлі крыху большая, чым ад чалавека на полюсах, таму яго гравітацыя крыху меншая.
2. Кручэнне Зямлі
Зямля круціцца вакол сваёй восі. Гэтае кручэнне прыводзіць да памяншэння эфектыўнай сілы, якая дзейнічае ў напрамку цэнтра, асабліва на экватары. Такім чынам, вага аб'екта на экватары крыху меншая, чым на полюсах.
3. Вышыня месца
Чым вышэй месца знаходзіцца над узроўнем мора, тым далей яно ад цэнтра Зямлі, таму сіла цяжару крыху меншая. Такім чынам, гравітацыя на вяршыні гары меншая, чым на ўзроўні мора.
4. Размеркаванне масы ўнутры Зямлі
Зямля не мае ідэальна аднастайнай шчыльнасці. Розніца ў структуры горных парод, горных хрыбтах і нават катлавінах можа выклікаць невялікія змены мясцовай гравітацыі.
Гэта адрозненне не вельмі прыкметнае ў паўсядзённай дзейнасці, але важнае ў навуковых вымярэннях, геафізічным картаграфаванні і дакладнай навігацыі.
Роля зямной гравітацыі для жыцця
Без дастаткова моцнай зямной гравітацыі жыццё ў тым выглядзе, у якім мы яго ведаем, верагодна, не існавала б. Вось некаторыя з яго ключавых роляў:
— Утрыманне атмасферы
Гравітацыя ўтрымлівае такія газы, як кісларод і азот, ва ўзважаным стане ў Зямлі. Без атмасферы тэмпература была б экстрэмальнай, не было б паветра для дыхання, а абарона ад сонечнай радыяцыі была б зніжана.
- Утрымлівае ваду на паверхні
Акіяны, азёры, рэкі і нават падземныя воды «ўтрымліваюцца» гравітацыяй. Калі б гравітацыя была значна слабейшай, вадзе было б лягчэй сыходзіць у космас, асабліва ў доўгатэрміновай перспектыве.
- Дапамагае кругавароту вады
Дождж выпадае, таму што гравітацыя прыцягвае кроплі вады да зямлі. Рэкі таксама цякуць да мора, таму што гравітацыя прыцягвае ваду на больш нізкія вышыні.
– Фарміраванне будовы цела жывых істот
На працягу мільёнаў гадоў чалавечае цела адаптавалася да зямной гравітацыі. Косці, мышцы і крывяносная сістэма працуюць у гэтых умовах. Вось чаму касманаўты ў космасе адчуваюць фізіялагічныя змены, такія як зніжэнне мышачнай масы і шчыльнасці костак.
Гравітацыя і арбіта: чаму спадарожнікі не падаюць?
Гэта можа здацца дзіўным: калі зямная гравітацыя цягне ўсё ўніз, чаму спадарожнікі могуць «лунаць» у космасе? Спадарожнікі пастаянна падаюць на Зямлю, але яны таксама маюць вельмі высокую гарызантальную хуткасць. У выніку спадарожнікі падаюць па крывізне Зямлі, утвараючы арбіты.
Іншымі словамі, арбіта з'яўляецца вынікам балансу паміж:
– гравітацыйнае прыцягненне, якое прыцягвае спадарожнік да Зямлі, і
– тангенцыяльная хуткасць, якая забяспечвае рух спадарожніка наперад.
Гэты ж прынцып тлумачыць і рух Месяца вакол Зямлі, і Зямлі вакол Сонца.
Уплыў гравітацыі на з'явы на Зямлі
Гравітацыйнае прыцягненне Зямлі таксама ўплывае на многія прыродныя з'явы, напрыклад:
- Прыліў
На прылівы ў першую чаргу ўплывае гравітацыя Месяца і Сонца на Зямлі, але гравітацыя Зямлі ўсё яшчэ адыгрывае пэўную ролю, таму што вада «прывязана» да планеты і рухаецца пад дзеяннем гравітацыйнага прыцягнення гэтых нябесных цел.
– Апоўзні і абвалы глебы
Гравітацыя цягне глебу і горныя пароды ўніз. Калі схілы становяцца занадта стромкімі або глеба губляе сваю звязвальную здольнасць, сіла цяжару выклікае рух масы.
– Атмасферны ціск і надвор'е
Атмасфера ўтрымліваецца на месцы дзякуючы гравітацыі, ствараючы ціск. Розніца ў ціску і тэмпературы ўплывае на фарміраванне вятроў і метэаралагічных умоў.
Гравітацыя ў сучасным поглядзе
Ньютан тлумачыў гравітацыю як сілу прыцягнення паміж масамі. Аднак у сучаснай фізіцы, асабліва праз тэорыю агульнай адноснасці Альберта Эйнштэйна, гравітацыя разумеецца як вынік крывізны прасторы-часу, выкліканай масай і энергіяй. Зямля «скрыўляе» прастору-час вакол сябе, і аб'екты рухаюцца ў адпаведнасці з гэтай крывізной. Хоць гэта можа здацца складаным, у штодзённым маштабе вынікі адпавядаюць разлікам Ньютана і дастаткова дакладныя для многіх мэтаў.
Выснова
Гравітацыйнае прыцягненне Зямлі — гэта фундаментальная сіла, якая робіць магчымым жыццё на гэтай планеце. Яна тлумачыць, чаму падаюць аб'екты, чаму ў нас ёсць вага, як цячэ вада, як падтрымліваецца атмасфера і нават як круцяцца спадарожнікі. Нягледзячы на тое, што гравітацыя Зямлі часта лічыцца пастаяннай, яна нязначна змяняецца ў залежнасці ад месцазнаходжання, вышыні і формы Зямлі. Разуменне гравітацыі не толькі дапамагае растлумачыць простыя з'явы, такія як падзенне яблыка з дрэва, але і адкрывае ўяўленне пра тое, як працуе Сусвет, ад планетных арбіт да касмічных падарожжаў.
