დედამიწის გრავიტაციული მიზიდულობა
გრავიტაცია სამყაროში ერთ-ერთი ყველაზე ფუნდამენტური ძალაა. მიუხედავად იმისა, რომ უხილავია, მისი შედეგები მუდმივად იგრძნობა: ობიექტები მიწაზე ვარდება, წყალი უფრო დაბალ სიმაღლეებზე მიედინება და ჩვენ შეგვიძლია ვერტიკალურად ვიდგეთ ჰაერში ტივტივის გარეშე. გრავიტაციის სხვადასხვა წყაროდან, ადამიანის სიცოცხლესთან ყველაზე მჭიდროდ დაკავშირებული დედამიწის გრავიტაციული მიზიდულობაა. ეს ძალა ადამიანებს, ცხოველებს, მცენარეებს, ოკეანეებსა და ატმოსფეროს პლანეტაზე მიმაგრებას აიძულებს და ასევე არეგულირებს დედამიწის გარშემო მრავალი ობიექტის მოძრაობას, მათ შორის ხელოვნურ თანამგზავრებს.
გრავიტაციული ძალის გაგება
მარტივად რომ ვთქვათ, გრავიტაციული მიზიდულობა არის ძალა, რომელიც მასის მქონე ობიექტებს ერთმანეთთან იზიდავს. რადგან დედამიწას ასეთი დიდი მასა აქვს, ის ყველაფერს თავის გარშემო თავისი ცენტრისკენ იზიდავს. ეს მიზიდულობა ყველა ობიექტზე ვრცელდება: ქვებზე, წყალზე, ადამიანის სხეულზე და ჰაერზეც კი. რაც უფრო დიდია ობიექტის მასა, მით უფრო დიდია მისი გრავიტაციული ძალა.
ეს კონცეფცია მეცნიერულად აიხსნება უნივერსალური მიზიდულობის კანონით, რომელიც ისააკ ნიუტონმა გაავრცელა . ნიუტონის პრინციპის თანახმად, ორ სხეულს შორის გრავიტაციული ძალა დამოკიდებულია მათ მასებსა და მათ შორის მანძილზე. ეს ნიშნავს, რომ დედამიწა გვიზიდავს თავისი დიდი მასის გამო და ჩვენც ვიზიდავთ დედამიწას, მაგრამ ჩვენი ძალა იმდენად მცირეა, რომ ყოველდღიურად არ არის შესამჩნევი.
რატომ ვარდება საგნები?
როდესაც საგანს ხელიდან გავუშვებთ, ის „ქვემოთ“ გადაადგილდება, ანუ დედამიწის ცენტრისკენ. კოსმოსიდან დანახვისას „ქვემოთ“ ყველგან ერთი და იგივე მიმართულება არ არის; „ქვემოთ“ ყოველთვის პლანეტის ცენტრისკენაა მიმართული. სწორედ ამიტომ, დედამიწის სხვადასხვა ნაწილში მყოფ ადამიანებს კვლავ აქვთ შეგრძნება, თითქოს ზედაპირზე დგანან და არა თავდაყირა ან კოსმოსში ვარდებიან.
კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ფაქტორი გრავიტაციული აჩქარებაა. დედამიწის ზედაპირთან ახლოს, ვარდნილი სხეული განიცდის დაახლოებით 9,8 მ/წმ² აჩქარებას. ეს ნიშნავს, რომ ყოველ წამს ობიექტის სიჩქარე იზრდება დაახლოებით 9,8 მეტრით წამში (თუ ჰაერის წინააღმდეგობას უგულებელვყოფთ). სწორედ ამიტომ ვარდნილი ობიექტები აჩქარებენ მანამ, სანამ მიწას არ დაეცემა.
გრავიტაცია, წონა და მასა: ხშირად ერევათ ერთმანეთში
ყოველდღიურ ცხოვრებაში ბევრი ადამიანი „წონას“ „მასასთან“ აიგივებს, მიუხედავად იმისა, რომ ეს ორი განსხვავებულია.
– მასა არის ობიექტში არსებული მატერიის რაოდენობა. მასა არ იცვლება მაშინაც კი, თუ ობიექტი სხვა ადგილას გადავა.
– წონა არის მასაზე მოქმედი გრავიტაციული ძალა. წონა დამოკიდებულია გრავიტაციის აჩქარებაზე.
მარტივი ფორმულა, რომელიც ხშირად გამოიყენება, არის:
წონა (W) = მასა (მ) × გრავიტაციის აჩქარება (გ)
თუ დედამიწაზე ადამიანის მასა 50 კგ-ია, მისი წონა დაახლოებით 50 × 9,8 = 490 ნიუტონია. თუ ეს ადამიანი მთვარეზე იქნებოდა, გრავიტაციის აჩქარება ნაკლები იქნებოდა, შესაბამისად, მისი წონა გაცილებით ნაკლები იქნებოდა — მიუხედავად იმისა, რომ მისი მასა 50 კგ დარჩებოდა.
რატომ არ არის დედამიწის გრავიტაცია ყველგან ერთნაირი?
მიუხედავად იმისა, რომ ხშირად მუდმივად ითვლება, დედამიწის გრავიტაცია სინამდვილეში ოდნავ განსხვავდება ადგილმდებარეობის მიხედვით. ამის რამდენიმე მიზეზი არსებობს:
1. დედამიწის ფორმა იდეალურად მრგვალი არ არის
დედამიწა ეკვატორთან ოდნავ „ამობურცულია“ და პოლუსებთან უფრო ბრტყელია. შედეგად, ეკვატორზე მყოფი ადამიანისგან დედამიწის ცენტრამდე მანძილი ოდნავ უფრო დიდია, ვიდრე პოლუსებზე მყოფი ადამიანისგან, ამიტომ მათი გრავიტაცია ოდნავ უფრო მცირეა.
2. დედამიწის ბრუნვა
დედამიწა ბრუნავს თავისი ღერძის გარშემო. ეს ბრუნვა ამცირებს ეფექტურ ძალას ცენტრისკენ, განსაკუთრებით ეკვატორთან. ამიტომ, ეკვატორთან ობიექტის წონა ოდნავ ნაკლებია, ვიდრე პოლუსებთან.
3. ადგილის სიმაღლე
რაც უფრო მაღლა მდებარეობს ადგილი ზღვის დონიდან, მით უფრო შორს არის ის დედამიწის ცენტრიდან, ამიტომ მიზიდულობის ძალა ოდნავ ნაკლებია. შესაბამისად, მთის მწვერვალზე მიზიდულობა ნაკლებია, ვიდრე ზღვის დონეზე.
4. მასის განაწილება დედამიწაზე
დედამიწას იდეალურად ერთგვაროვანი სიმკვრივე არ აქვს. კლდის სტრუქტურაში, მთათა სისტემასა და აუზებში არსებულმა განსხვავებებმაც კი შეიძლება გამოიწვიოს ადგილობრივი გრავიტაციის მცირე ვარიაციები.
ეს განსხვავება ყოველდღიურ საქმიანობაში დიდად შესამჩნევი არ არის, მაგრამ მნიშვნელოვანია სამეცნიერო გაზომვებში, გეოფიზიკურ რუკებსა და ზუსტ ნავიგაციაში.
დედამიწის გრავიტაციის როლი სიცოცხლისთვის
დედამიწის საკმარისად ძლიერი გრავიტაციის გარეშე, სიცოცხლე, როგორც ჩვენ ვიცით, სავარაუდოდ, არ იარსებებდა. აქ მოცემულია მისი რამდენიმე ძირითადი როლი:
- ატმოსფეროს შენარჩუნება
გრავიტაცია დედამიწაში ისეთ აირებს ინარჩუნებს, როგორიცაა ჟანგბადი და აზოტი. ატმოსფეროს გარეშე ტემპერატურა ექსტრემალური იქნებოდა, სუნთქვადი ჰაერი არ იქნებოდა და მზის რადიაციისგან დაცვა შემცირებული იქნებოდა.
- ინარჩუნებს წყალს ზედაპირზე
ოკეანეები, ტბები, მდინარეები და მიწისქვეშა წყლებიც კი გრავიტაციის „შეკავების“ ქვეშაა. გრავიტაცია გაცილებით სუსტი რომ ყოფილიყო, წყალს კოსმოსში უფრო ადვილად შეეძლო გასვლა, განსაკუთრებით გრძელვადიან პერსპექტივაში.
- ხელს უწყობს წყლის ციკლს
წვიმა მოდის, რადგან გრავიტაცია წყლის წვეთებს მიწისკენ იზიდავს. მდინარეები ასევე ზღვისკენ მიედინება, რადგან გრავიტაცია წყალს უფრო დაბალ სიმაღლეებზე იზიდავს.
- ცოცხალი ორგანიზმების სხეულის სტრუქტურის ფორმირება
ადამიანის სხეული მილიონობით წლის განმავლობაში ეგუებოდა დედამიწის გრავიტაციას. ძვლები, კუნთები და სისხლის მიმოქცევის სისტემა ამ პირობებში ფუნქციონირებს. სწორედ ამიტომ, კოსმოსში მყოფი ასტრონავტები განიცდიან ფიზიოლოგიურ ცვლილებებს, როგორიცაა კუნთოვანი მასისა და ძვლის სიმკვრივის შემცირება.
გრავიტაცია და ორბიტა: რატომ არ ვარდებიან თანამგზავრები?
შეიძლება უცნაურად მოგეჩვენოთ: თუ დედამიწის გრავიტაცია ყველაფერს ქვემოთ იზიდავს, რატომ შეუძლიათ თანამგზავრებს კოსმოსში „მცურავი“ დარჩენა? თანამგზავრები გამუდმებით დედამიწისკენ ვარდებიან, მაგრამ მათ ასევე ძალიან მაღალი ჰორიზონტალური სიჩქარე აქვთ. შედეგად, თანამგზავრები დედამიწის სიმრუდის გასწვრივ ვარდებიან და ორბიტებს ქმნიან.
სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ორბიტა არის შემდეგი ფაქტორების ბალანსის შედეგი:
– გრავიტაციული ძალა, რომელიც თანამგზავრს დედამიწისკენ იზიდავს და
– ტანგენციალური სიჩქარე, რომელიც თანამგზავრს წინ მოძრაობაში ინარჩუნებს.
იგივე პრინციპი ასევე ხსნის მთვარის მოძრაობას დედამიწის გარშემო და დედამიწის მოძრაობას მზის გარშემო.
გრავიტაციის გავლენა დედამიწაზე მიმდინარე მოვლენებზე
დედამიწის გრავიტაციული მიზიდულობა ასევე გავლენას ახდენს მრავალ ბუნებრივ მოვლენაზე, მაგალითად:
- მოქცევა
მოქცევაზე ძირითადად გავლენას ახდენს მთვარისა და მზის მიზიდულობა დედამიწაზე, თუმცა დედამიწის მიზიდულობა მაინც თამაშობს როლს, რადგან წყალი დედამიწასთან „შეკავშირებულია“. ეს პლანეტა მოძრაობს გრავიტაციული ძალის შესაბამისად ციური სხეული.
– მეწყერი და ქვების ცვენა
გრავიტაცია ნიადაგსა და ქანებს ქვევით ექაჩება. როდესაც ფერდობები ძალიან ციცაბო ხდება ან ნიადაგი კარგავს შემაკავშირებელ ძალას, გრავიტაციის ძალა მასის მოძრაობას იწვევს.
- ატმოსფერული წნევა და ამინდი
ატმოსფერო გრავიტაციის წყალობით ინარჩუნებს მას წნევა.წნევისა და ტემპერატურის სხვაობა შემდეგ გავლენას ახდენს ქარისა და ამინდის ნიმუშების ფორმირებაზე.
გრავიტაცია თანამედროვე ხედვაში
ნიუტონმა გრავიტაცია მასებს შორის მიზიდულობის ძალად ახსნა. თუმცა, თანამედროვე ფიზიკაში, განსაკუთრებით ალბერტ აინშტაინის ზოგადი ფარდობითობის თეორიის მეშვეობით, გრავიტაცია გაგებულია, როგორც მასისა და ენერგიის მიერ გამოწვეული სივრცე-დროის გამრუდების შედეგი. დედამიწა „ამრუდებს“ მის გარშემო არსებულ სივრცე-დროს და ობიექტები ამ გამრუდების შესაბამისად მოძრაობენ. მიუხედავად იმისა, რომ ეს შეიძლება რთულად ჟღერდეს, ყოველდღიური მასშტაბით, შედეგები ემთხვევა ნიუტონის გამოთვლებს და საკმარისად ზუსტია მრავალი მიზნისთვის.
დასკვნა
დედამიწის გრავიტაციული მიზიდულობა ფუნდამენტური ძალაა, რომელიც სიცოცხლეს ამ პლანეტაზე შესაძლებელს ხდის. ის ხსნის, თუ რატომ ვარდება ობიექტები, რატომ გვაქვს წონა, როგორ მიედინება წყალი, როგორ ინარჩუნებს ატმოსფეროს სტრუქტურას და თანამგზავრების ორბიტასაც კი. მიუხედავად იმისა, რომ ხშირად მუდმივად ითვლება, დედამიწის გრავიტაცია ოდნავ იცვლება მდებარეობის, სიმაღლისა და დედამიწის ფორმის მიხედვით. გრავიტაციის გაგება არა მხოლოდ გვეხმარება ხიდან ვაშლის ვარდნის მსგავსი მარტივი ფენომენების ახსნაში, არამედ ასევე გვაძლევს წარმოდგენას სამყაროს ფუნქციონირებაზე, პლანეტარული ორბიტებიდან კოსმოსურ მოგზაურობამდე.
