Maa gravitatsiooniline tõmme
Gravitatsioon on üks universumi fundamentaalsemaid jõude. Kuigi see on nähtamatu, on selle mõjusid tunda kogu aeg: esemed kukuvad maapinnale, vesi voolab madalamatele kõrgustele ja me saame püsti seista ilma õhus hõljumata. Erinevate gravitatsiooniallikate hulgas on inimeluga kõige tihedamalt seotud Maa gravitatsiooniline tõmme. See jõud hoiab inimesi, loomi, taimi, ookeane ja atmosfääri planeedi külge ankurdatud ning reguleerib ka paljude objektide, sealhulgas tehiskaaslaste liikumist Maa ümber.
Gravitatsioonijõu mõistmine
Lihtsamalt öeldes on gravitatsiooniline külgetõmbejõud, mis tõmbab massiga objekte üksteise poole. Kuna Maal on nii suur mass, tõmbab ta kõike enda ümber oma keskpunkti poole. See tõmbejõud kehtib kõigi objektide kohta: kivimite, vee, inimkeha ja isegi õhu kohta. Mida suurem on objekti mass, seda suurem on selle gravitatsioonijõud.
Seda kontseptsiooni selgitab teaduslikult Isaac Newtoni poolt populariseeritud universaalne gravitatsiooniseadus. Newtoni printsiibi kohaselt sõltub kahe objekti vaheline gravitatsioonijõud nende massidest ja nendevahelisest kaugusest. See tähendab, et Maa tõmbab meid ligi oma massi tõttu ja meie tõmbame samuti Maad ligi, kuid meie jõud on nii väike, et see pole igapäevaselt märgatav.
Miks esemed alla kukuvad?
Kui objekt käest vabastada, liigub see "alla" ehk Maa keskpunkti poole. Kosmosest vaadatuna ei ole allapoole suunatud suund igal pool sama; "alla" tähendab alati planeedi keskpunkti poole. Seetõttu tunnevad inimesed Maa eri paigus endiselt, nagu seisaksid nad pinnal, mitte ei kukuks pea alaspidi või kosmosesse.
Teine oluline tegur on gravitatsioonikiirendus. Maa pinna lähedal kogeb langev objekt kiirendust umbes 9,8 m/s². See tähendab, et iga sekundiga suureneb objekti kiirus umbes 9,8 meetrit sekundis (kui õhutakistust eirata). Seetõttu kiirenevad langevad objektid kuni maapinnani jõudmiseni.
Raskusjõud, kaal ja mass: sageli segamini aetud
Igapäevaelus seostavad paljud inimesed „kaalu“ „massiga“, kuigi need kaks on erinevad mõisted.
– Mass on objektis oleva aine hulk. Mass ei muutu isegi siis, kui objekti teise kohta liigutatakse.
– Kaal on massile mõjuv gravitatsioonijõud. Kaal sõltub raskuskiirendusest.
Lihtne valem, mida sageli kasutatakse, on:
Kaal (W) = mass (m) × raskuskiirendus (g)
Kui inimese mass Maal on 50 kg, on tema kaal ligikaudu 50 × 9,8 = 490 njuutonit. Kui see inimene oleks Kuul, oleks gravitatsioonikiirendus väiksem ja seega ka tema kaal palju väiksem – isegi kui tema mass jääks 50 kg-le.
Miks Maa gravitatsioon ei ole igal pool ühesugune?
Kuigi Maa gravitatsiooni peetakse sageli konstantseks, varieerub see tegelikult asukohast olenevalt veidi. Sellel on mitu põhjust:
1. Maa kuju ei ole ideaalselt ümmargune
Maa on ekvaatori juures veidi "kumer" ja poolustel lamedam. Seetõttu on ekvaatori juures viibiva inimese kaugus Maa keskpunktist veidi suurem kui poolustel viibiva inimese kaugus, seega on nende gravitatsioon veidi väiksem.
2. Maa pöörlemine
Maa pöörleb ümber oma telje. See pöörlemine vähendab efektiivset jõudu keskpunkti suunas, eriti ekvaatoril. Seetõttu on objekti kaal ekvaatoril veidi väiksem kui poolustel.
3. Koha kõrgus
Mida kõrgemal asub asukoht merepinnast, seda kaugemal see Maa keskpunktist on, seega on gravitatsioonijõud veidi väiksem. Seetõttu on gravitatsioon mäe tipus väiksem kui merepinnal.
4. Massi jaotus Maal
Maal ei ole täiesti ühtlast tihedust. Erinevused kivimite struktuuris, mäeahelikes ja isegi nõgudes võivad põhjustada väikeseid kõikumisi kohalikus gravitatsioonis.
See erinevus pole igapäevastes tegevustes kuigi märgatav, kuid on oluline teaduslikes mõõtmistes, geofüüsikalises kaardistamises ja täppisnavigatsioonis.
Maa gravitatsiooni roll elu jaoks
Ilma Maa piisavalt tugeva gravitatsioonita elu, nagu me seda teame, tõenäoliselt ei eksisteeriks. Siin on mõned selle peamised rollid:
– Atmosfääri hoidmine
Gravitatsioon hoiab gaase, nagu hapnik ja lämmastik, Maal hõljuvana. Ilma atmosfäärita oleksid temperatuurid äärmuslikud, puuduks hingatav õhk ja kaitse päikesekiirguse eest oleks vähenenud.
– Hoiab vett pinnal
Ookeanid, järved, jõed ja isegi põhjavesi on kõik gravitatsiooni "hoidmise" all. Kui gravitatsioon oleks palju nõrgem, saaks vesi kergemini kosmosesse pääseda, eriti pikas perspektiivis.
– Aitab kaasa veeringlusele
Vihma sajab, sest gravitatsioon tõmbab veepiisad maapinna poole. Jõed voolavad samuti mere poole, sest gravitatsioon tõmbab vett madalamatele kohtadele.
– Elusolendite kehaehituse kujunemine
Inimkeha on miljonite aastate jooksul Maa gravitatsiooniga kohanenud. Luud, lihased ja vereringesüsteem toimivad just nendes tingimustes. Seetõttu kogevad astronaudid kosmoses füsioloogilisi muutusi, nagu lihasmassi ja luutiheduse vähenemine.
Gravitatsioon ja orbiit: miks satelliidid ei kuku?
See võib tunduda kummaline: kui Maa gravitatsioon tõmbab kõike alla, miks saavad satelliidid kosmoses "hõljuda" jääda? Satelliidid langevad pidevalt Maa poole, kuid neil on ka väga suur horisontaalne kiirus. Selle tulemusena langevad satelliidid Maa kumerusega samale joonele, moodustades orbiite.
Teisisõnu, orbiit on tasakaalu tulemus järgmiste tegurite vahel:
– gravitatsiooniline tõmme, mis tõmbab satelliiti Maa poole, ja
– tangentsiaalkiirus, mis hoiab satelliiti edasi liikumas.
Sama põhimõte selgitab ka Kuu liikumist ümber Maa ja Maa liikumist ümber Päikese.
Gravitatsiooni mõju Maa nähtustele
Maa gravitatsioonijõud mõjutab ka paljusid loodusnähtusi, näiteks:
- Mõõn
Loodeid mõjutab peamiselt Kuu ja Päikese gravitatsioon Maal, kuid Maa gravitatsioon mängib siiski rolli, sest vesi on planeediga "seotud" ja liigub nende taevakehade gravitatsioonilise tõmbejõu järel.
– Maalihked ja kivivaringud
Raskusjõud tõmbab mulda ja kivimit allapoole. Kui nõlvad muutuvad liiga järsuks või muld kaotab oma sidumisvõime, käivitab gravitatsioonijõud massi liikumise.
– Õhurõhk ja ilm
Atmosfääri hoiab paigal gravitatsioon, tekitades rõhu. Rõhu ja temperatuuri erinevused mõjutavad seejärel tuulte ja ilmastikumustrite teket.
Gravitatsioon tänapäeva vaates
Newton selgitas gravitatsiooni kui massidevahelist tõmbejõudu. Kuid tänapäeva füüsikas, eriti Albert Einsteini üldrelatiivsusteooria kaudu, mõistetakse gravitatsiooni kui massi ja energia poolt põhjustatud aegruumi kõveruse tagajärge. Maa "kõverdab" enda ümber aegruumi ja objektid liiguvad vastavalt sellele kõverusele. Kuigi see võib tunduda keeruline, on igapäevases mastaabis tulemused Newtoni arvutustega kooskõlas ja piisavalt täpsed paljude eesmärkide jaoks.
Järeldus
Maa gravitatsioonijõud on põhiline jõud, mis teeb elu sellel planeedil võimalikuks. See selgitab, miks objektid langevad, miks meil on kaal, kuidas vesi voolab, kuidas atmosfäär säilib ja isegi kuidas satelliidid tiirlevad. Kuigi Maa gravitatsiooni peetakse sageli konstantseks, varieerub see veidi sõltuvalt asukohast, kõrgusest ja Maa kujust. Gravitatsiooni mõistmine mitte ainult ei aita selgitada lihtsaid nähtusi, nagu näiteks puu otsast kukkuv õun, vaid avab ka ülevaate universumi toimimisest, alates planeetide orbiitidest kuni kosmosereisideni.
