Жердің гравитациялық тартылыс күші
Тартылыс күші - ғаламдағы ең негізгі күштердің бірі. Көрінбесе де, оның әсері үнемі сезіледі: заттар жерге құлайды, су төменгі биіктіктерге ағады және біз ауада қалқып жүрмей тік тұра аламыз. Тартылыс күшінің әртүрлі көздерінің ішінде адам өміріне ең тығыз байланыстысы - Жердің тартылыс күші. Бұл күш адамдарды, жануарларды, өсімдіктерді, мұхиттарды және атмосфераны планетаға бекітіп тұрады, сонымен қатар жасанды серіктерді қоса алғанда, Жердің айналасындағы көптеген заттардың қозғалысын реттейді.
Гравитациялық күшті түсіну
Қарапайым тілмен айтқанда, гравитациялық тартылыс күші - массасы бар заттарды бір-біріне тартатын күш. Жердің массасы соншалықты үлкен болғандықтан, ол айналасындағының бәрін өз орталығына қарай тартады. Бұл тартылыс күші барлық заттарға қолданылады: тастарға, суға, адам денесіне, тіпті ауаға да. Заттың массасы неғұрлым үлкен болса, оның гравитациялық күші соғұрлым үлкен болады.
Бұл тұжырымдама Исаак Ньютон кеңінен насихаттаған бүкіләлемдік тартылыс заңы арқылы ғылыми тұрғыдан түсіндіріледі. Ньютонның принципі бойынша, екі нысан арасындағы тартылыс күші олардың массаларына және олардың арасындағы қашықтыққа байланысты. Бұл Жер бізді өзінің массасы арқылы тартады дегенді білдіреді, ал біз де Жерді тартамыз, бірақ біздің күшіміз соншалықты аз, оны күнделікті байқай алмаймыз.
Неліктен заттар құлайды?
Қолдан затты жібергенде, ол «төмен», яғни Жердің орталығына қарай жылжиды. Ғарыштан қараған кезде төмен қарай бағытталу барлық жерде бірдей емес; «төмен» әрқашан планетаның орталығына қарай дегенді білдіреді. Сондықтан Жердің әртүрлі бөліктеріндегі адамдар әлі де өздерін төңкеріліп немесе ғарышқа құлап кетпей, бетінде тұрғандай сезінеді.
Тағы бір маңызды фактор - гравитациялық үдеу. Жер бетіне жақын жерде құлаған зат шамамен 9,8 м/с² үдеу алады. Бұл дегеніміз, заттың жылдамдығы әр секунд сайын шамамен 9,8 метрге артады (егер ауа кедергісі ескерілмесе). Сондықтан құлаған заттар жерге тигенше үдейді.
Ауырлық күші, салмақ және масса: жиі шатастырылады
Күнделікті өмірде көптеген адамдар «салмақ» пен «масса» ұғымдарын теңестіреді, дегенмен екеуі әртүрлі.
– Масса – заттағы зат мөлшері. Зат басқа жерге жылжытылса да, масса өзгермейді.
– Салмақ – массаға әсер ететін гравитациялық күш. Салмақ гравитациялық үдеуге байланысты.
Көбінесе қолданылатын қарапайым формула:
Салмақ (W) = масса (м) × ауырлық күшіне байланысты үдеу (г)
Егер Жердегі адамның массасы 50 кг болса, оның салмағы шамамен 50 × 9,8 = 490 Ньютонға тең. Егер сол адам Айда болса, тартылыс күшінің үдеуінен болатын үдеу аз болар еді, сондықтан олардың салмағы әлдеқайда аз болар еді - тіпті олардың массасы 50 кг болып қала берсе де.
Неліктен Жердің тартылыс күші барлық жерде бірдей емес?
Жердің тартылыс күші көбінесе тұрақты деп саналғанымен, іс жүзінде әр жерде аздап өзгереді. Мұның бірнеше себебі бар:
1. Жердің пішіні мінсіз дөңгелек емес
Жер экваторда аздап «дөңес» және полюстерде тегіс. Нәтижесінде, экватордағы біреуден Жердің орталығына дейінгі қашықтық полюстердегі біреуден сәл алысырақ, сондықтан олардың тартылыс күші сәл аз.
2. Жердің айналуы
Жер өз осі бойынша айналады. Бұл айналу орталыққа бағытталған тиімді күшті, әсіресе экваторда, азайтады. Сондықтан экватордағы заттың салмағы полюстердегіден сәл аз.
3. Орынның биіктігі
Теңіз деңгейінен неғұрлым биік орналасқан болса, ол Жердің орталығынан соғұрлым алыс орналасқан, сондықтан тартылыс күші сәл аз. Сондықтан таудың басындағы тартылыс күші теңіз деңгейіндегіге қарағанда аз.
4. Жердегі массаның таралуы
Жердің тығыздығы біркелкі емес. Тау жыныстарының құрылымындағы, тау жоталарындағы және тіпті бассейндердегі айырмашылықтар жергілікті ауырлық күшінің шамалы ауытқуларына әкелуі мүмкін.
Бұл айырмашылық күнделікті іс-әрекеттерде аса байқалмайды, бірақ ғылыми өлшеулерде, геофизикалық картаға түсіруде және дәл навигацияда маңызды.
Жердің тартылыс күшінің тіршілік үшін рөлі
Жердің жеткілікті күшті тартылыс күші болмаса, біз білетін тіршілік болмас еді. Міне, оның кейбір негізгі рөлдері:
- Атмосфераны ұстап тұру
Гравитация Жерде оттегі мен азот сияқты газдарды ұстап тұрады. Атмосфера болмаса, температура өте жоғары болар еді, тыныс алатын ауа болмас еді және күн радиациясынан қорғаныс азаятын еді.
- Суды бетінде ұстайды
Мұхиттар, көлдер, өзендер және тіпті жер асты суларының барлығы гравитациямен «ұстап тұрады». Егер гравитация әлдеқайда әлсіз болса, су ғарышқа, әсіресе ұзақ мерзімді перспективада, оңайырақ шығып кетер еді.
- Су айналымына көмектеседі
Жаңбыр су тамшыларын тартылыс күші жерге қарай тартатындықтан жауады. Өзендер де теңізге қарай ағады, себебі тартылыс күші суды төмен биіктікке тартады.
- Тірі ағзалардың дене құрылымын қалыптастыру
Адам денесі миллиондаған жылдар бойы Жердің тартылыс күшіне бейімделді. Сүйектер, бұлшықеттер және қан айналым жүйесі осы жағдайларда жұмыс істейді. Сондықтан ғарышкерлер ғарышта бұлшықет массасының және сүйек тығыздығының төмендеуі сияқты физиологиялық өзгерістерді бастан кешіреді.
Гравитация және орбита: неге жер серіктері құламайды?
Бұл таңқаларлық болып көрінуі мүмкін: егер Жердің тартылыс күші бәрін төмен қарай тартса, неге спутниктер ғарышта «қалқып» қала алады? Спутниктер Жерге үнемі құлап түседі, бірақ олардың көлденең жылдамдығы да өте жоғары. Нәтижесінде, спутниктер Жердің қисықтық сызығымен бір сызықта түсіп, орбита түзеді.
Басқаша айтқанда, орбита келесілердің арасындағы тепе-теңдіктің нәтижесі болып табылады:
– спутникті Жерге қарай тартатын гравитациялық тартылыс күші және
– спутникті алға жылжытатын тангенциалды жылдамдық.
Дәл осы қағида Айдың Жерді және Жердің Күнді айналып қозғалуын да түсіндіреді.
Жердегі құбылыстарға тартылыс күшінің әсері
Жердің тартылыс күші көптеген табиғи құбылыстарға да әсер етеді, мысалы:
- Толқын
Толқындар негізінен Ай мен Күннің Жердегі тартылыс күшіне әсер етеді, бірақ Жердің тартылыс күші әлі де рөл атқарады, себебі су планетамен «байланысқан» және осы аспан денелерінің тартылыс күшімен қозғалады.
– Көшкіндер мен тастардың құлауы
Ауырлық күші топырақ пен тау жыныстарын төмен қарай тартады. Беткейлер тым тік болғанда немесе топырақ өзінің байланыстырушы күшін жоғалтқанда, ауырлық күші масса қозғалысын тудырады.
- Ауа қысымы және ауа райы
Атмосфера ауырлық күшімен орнында тұрып, қысым жасайды. Қысым мен температураның айырмашылығы желдің пайда болуына және ауа райының ерекшеліктеріне әсер етеді.
Қазіргі көзқарастағы гравитация
Ньютон гравитацияны массалар арасындағы тартылыс күші деп түсіндірді. Дегенмен, қазіргі физикада, әсіресе Альберт Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясы арқылы гравитация масса мен энергия тудыратын кеңістік-уақыт қисықтығының нәтижесі ретінде түсініледі. Жер өзінің айналасындағы кеңістік-уақытты «қисықтай» алады, ал нысандар сол қисықтыққа сәйкес қозғалады. Бұл күрделі болып көрінгенімен, күнделікті масштабта нәтижелер Ньютонның есептеулерімен сәйкес келеді және көптеген мақсаттар үшін жеткілікті дәл.
Қорытынды
Жердің тартылыс күші - бұл планетада тіршілік етудің мүмкін болатын негізгі күші. Ол заттардың неліктен құлайтынын, неге бізде салмақ бар екенін, судың қалай ағатынын, атмосфераның қалай сақталатынын және тіпті спутниктердің қалай орбитада болатынын түсіндіреді. Көбінесе тұрақты деп саналғанымен, Жердің тартылыс күші орналасқан жерге, биіктікке және Жердің пішініне байланысты аздап өзгереді. Тартылыс күшін түсіну алманың ағаштан құлауы сияқты қарапайым құбылыстарды түсіндіруге ғана емес, сонымен қатар планеталық орбиталардан бастап ғарышқа саяхатқа дейін ғаламның қалай жұмыс істейтіні туралы түсінік береді.
