الجاذبية هي قوة أساسية رائعة. لولا راحة الأرض 1ز، الذي يتسبب في سقوط الأجسام نحو الأرض بسرعة 9.8 م / ث² ، سنطفو جميعًا في الفضاء. وبدون ذلك ، سوف تذبل جميع الكائنات البرية ببطء وتموت حيث تتدهور عضلاتنا ، وتصبح عظامنا هشة وضعيفة ، وتتوقف أعضائنا عن العمل بشكل صحيح.
لذلك يمكن للمرء أن يقول دون مبالغة أن الجاذبية ليست مجرد حقيقة من حقائق الحياة هنا على الأرض ، ولكنها شرط أساسي لها. ومع ذلك ، نظرًا لأن البشر يبدون عازمين على النزول من هذه الصخرة - الهروب من 'روابط الأرض المؤكدة' ، كما كانت - فإن فهم جاذبية الأرض وما يلزم للهروب منها أمر ضروري. إذن ما مدى قوة جاذبية الأرض؟
تعريف:
لتقسيمها ، الجاذبية هي ظاهرة طبيعية يتم فيها إحضار كل الأشياء التي تمتلك كتلة تجاه بعضها البعض - مثل الكويكبات والكواكب والنجوم والمجرات والعناقيد الفائقة ، وما إلى ذلك. كلما زادت كتلة الجسم ، زادت الجاذبية التي يمارسها على الأشياء من حوله. تعتمد قوة الجاذبية أيضًا على المسافة - أي أن المقدار الذي يبذله على الجسم يتناقص مع زيادة المسافة.
انطباع الفنان عن تأثير جاذبية الأرض على الزمكان. الائتمان: ناسا
الجاذبية هي أيضًا إحدى القوى الأساسية الأربعة التي تحكم جميع التفاعلات في الطبيعة (جنبًا إلى جنب مع القوة النووية الضعيفة والقوة النووية القوية والكهرومغناطيسية). من بين هذه القوى ، الجاذبية هي الأضعف ، حيث تبلغ حوالي 1038مرات أضعف من القوة النووية القوية ، 1036مرات أضعف من القوة الكهرومغناطيسية و 1029مرات أضعف من القوة النووية الضعيفة.
نتيجة لذلك ، فإن للجاذبية تأثير ضئيل على المادة في أصغر المقاييس (أي الجسيمات دون الذرية). ومع ذلك ، على المستوى المجهري - مستوى الكواكب والنجوم والمجرات وما إلى ذلك - تعتبر الجاذبية القوة المهيمنة التي تؤثر على تفاعلات المادة. يتسبب في تكوين الأجسام الفلكية وشكلها ومسارها ، كما يتحكم في السلوك الفلكي. كما لعبت دورًا رئيسيًا في تطور الكون المبكر.
كانت مسؤولة عن تكتل المادة معًا لتكوين سحب من الغاز تعرضت لانهيار الجاذبية ، وتشكل النجوم الأولى - التي تم تجميعها معًا لتشكيل المجرات الأولى. وضمن الأنظمة النجمية الفردية ، تسبب في اندماج الغبار والغاز لتشكيل الكواكب. كما أنها تحكم مدارات الكواكب حول النجوم ، والأقمار حول الكواكب ، ودوران النجوم حول مركز مجرتهم ، واندماج المجرات.
الجاذبية العالمية والنسبية:
نظرًا لأن الطاقة والكتلة متساويتان ، فإن جميع أشكال الطاقة ، بما في ذلك الضوء ، تسبب أيضًا الجاذبية وتحت تأثيرها. هذا يتفق مع نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، والتي تظل أفضل وسيلة لوصف سلوك الجاذبية. وفقًا لهذه النظرية ، فإن الجاذبية ليست قوة ، ولكنها نتيجة لانحناء الزمكان الناجم عن التوزيع غير المتكافئ للكتلة / الطاقة.
انطباع الفنان عن تأثير سحب الإطار حيث يتم جر المكان والزمان حول جسم ضخم. الائتمان: einstein.stanford.edu
إن أكثر الأمثلة تطرفاً على هذا الانحناء في الزمكان هو الثقب الأسود ، الذي لا يستطيع أي شيء الهروب منه. عادة ما تكون الثقوب السوداء نتاج نجم فائق الكتلة قد تحول إلى مستعر أعظم ، تاركًا وراءه بقايا قزم أبيض لها كتلة كبيرة ، وسرعة هروبها أكبر من سرعة الضوء. تؤدي زيادة الجاذبية أيضًا إلى تمدد زمن الجاذبية ، حيث يحدث مرور الوقت بشكل أبطأ.
على الرغم من ذلك ، بالنسبة لمعظم التطبيقات ، يمكن تفسير الجاذبية بشكل أفضل قانون نيوتن للجاذبية الكونية ، والذي ينص على أن الجاذبية توجد كجاذبية بين جسمين. يمكن حساب قوة هذا الجذب رياضيًا ، حيث تتناسب القوة الجاذبة طرديًا مع ناتج كتلها وتتناسب عكسًا مع مربع المسافة بينهما.
جاذبية الأرض:
على الأرض ، تعطي الجاذبية وزنًا للأشياء المادية وتسبب مد المحيطات. قوة الجاذبية الأرضية ناتجة عن كتلة وكثافة الكواكب - 5.97237 × 1024كجم (1.31668 × 1025رطل) و 5.514 جم / سم3، على التوالى. ينتج عن هذا أن الأرض تمتلك قوة جاذبية 9.8 م / ث 2 بالقرب من السطح (المعروف أيضًا باسم 1ز) ، والتي تقلل بشكل طبيعي المسافة البعيدة عن السطح.
بالإضافة إلى ذلك ، تتغير قوة الجاذبية على الأرض في الواقع اعتمادًا على المكان الذي تقف فيه عليها. السبب الأول هو أن الأرض تدور. هذا يعني أن جاذبية الأرض عند خط الاستواء تساوي 9.789 م / ث2، بينما قوة الجاذبية على القطبين 9.832 م / ث2. بعبارة أخرى ، أنت تزن عند القطبين أكثر مما تزنه عند خط الاستواء بسبب قوة الجاذبية هذه ، ولكن فقط أكثر بقليل.
محطة الفضاء الدولية (ISS) ، التي تظهر هنا من مهمة طاقم غير مأهول مع الأرض كخلفية. الائتمان: ناسا
أخيرًا ، يمكن أن تتغير قوة الجاذبية اعتمادًا على ما هو تحت الأرض تحتك. يمكن أن تؤدي التركيزات الأعلى من الكتلة ، مثل الصخور عالية الكثافة أو المعادن ، إلى تغيير قوة الجاذبية التي تشعر بها. لكن بالطبع ، هذا المبلغ ضئيل للغاية بحيث لا يمكن ملاحظته. بعثات ناسا لديها تعيين حقل جاذبية الأرض بدقة لا تصدق ، تظهر اختلافات في قوتها ، اعتمادًا على الموقع.
تتناقص الجاذبية أيضًا مع الارتفاع ، لأنك بعيدًا عن مركز الأرض. يكون الانخفاض في القوة من التسلق إلى قمة الجبل ضئيلًا جدًا (جاذبية أقل بنسبة 0.28٪ في قمة جبل إفرست) ، ولكن إذا كنت مرتفعًا بما يكفي للوصول إلى محطة الفضاء الدولية (ISS) ، ستواجه 90٪ من قوة الجاذبية التي تشعر بها على السطح.
ومع ذلك ، نظرًا لأن المحطة في حالة السقوط الحر (وأيضًا في فراغ الفضاء) ، فإن الأجسام ورواد الفضاء على متن محطة الفضاء الدولية قادرون على التحليق حولها. في الأساس ، نظرًا لأن كل شيء على متن المحطة يسقط بنفس المعدل تجاه الأرض ، فإن أولئك الموجودين على متن محطة الفضاء الدولية يشعرون بأنهم عديم الوزن - على الرغم من أنهم لا يزالون يزنون حوالي 90٪ مما قد يفعلونه على سطح الأرض.
جاذبية الأرض مسؤولة أيضًا عن امتلاك كوكبنا ' سرعة الهروب 'بمعدل 11.186 كم / ثانية (أو 6.951 ميل / ثانية). يعني هذا أساسًا أن الصاروخ يحتاج إلى تحقيق هذه السرعة قبل أن يأمل في التحرر من الجاذبية الأرضية والوصول إلى الفضاء. ومع معظم عمليات إطلاق الصواريخ ، فإن معظم جهودهم مكرسة لهذه المهمة وحدها.
بسبب الاختلاف بين جاذبية الأرض وقوة الجاذبية على الأجسام الأخرى - مثل القمر (1.62 م / ث² ؛ 0.1654ز) والمريخ (3.711 م / ث² ؛ 0.376 جم) - العلماء غير متأكدين من الآثار التي ستكون على رواد الفضاء الذين ذهبوا في مهمات طويلة المدى إلى هذه الأجسام.
بينما أظهرت الدراسات أن المهمات طويلة الأمد في الجاذبية الصغرى (أي على محطة الفضاء الدولية) لها أ تأثير ضار على صحة رواد الفضاء (بما في ذلك فقدان كثافة العظام ، وتنكس العضلات ، وتلف الأعضاء و البصر ) لم يتم إجراء أي دراسات بخصوص تأثيرات البيئات منخفضة الجاذبية. ولكن بالنظر إلى المقترحات المتعددة المقدمة للعودة إلى القمر ، اقترحت وكالة ناسا ' رحلة إلى المريخ يجب أن تكون هذه المعلومات وشيكة!
بصفتنا كائنات أرضية ، نحن البشر مُباركون ولعننا بقوة الجاذبية الأرضية. من ناحية أخرى ، يجعل الوصول إلى الفضاء أمرًا صعبًا ومكلفًا إلى حد ما. من ناحية أخرى ، فهو يضمن صحتنا ، نظرًا لأن جنسنا البشري هو نتاج بلايين السنين من تطور الأنواع الذي حدث في 1زبيئة.
إذا كنا نأمل يومًا ما في أن نصبح نوعًا ما بين الكواكب ويرتاد الفضاء حقًا ، فمن الأفضل أن نعرف كيف سنتعامل مع الجاذبية الصغرى والجاذبية المنخفضة. خلاف ذلك ، من غير المحتمل أن يخرج أي منا عن العالم لفترة طويلة جدًا!
لقد كتبنا العديد من المقالات حول الأرض من أجل الكون اليوم. هنا من أين تأتي الجاذبية؟ و من اكتشف الجاذبية؟ و لماذا هي جولة الأرض؟ و لماذا لا تسرق الشمس القمر؟ و هل يمكننا صنع الجاذبية الاصطناعية؟ ، ويظهر فيلم 'Potsdam Gravity Potato' تباينات في جاذبية الأرض.
هل تريد المزيد من الموارد على الأرض؟ إليك رابط لـ صفحة رحلات الفضاء البشرية التابعة لوكالة ناسا ، وهنا الأرض المرئية لوكالة ناسا .
لقد سجلنا أيضًا حلقة من برنامج Astronomy Cast عن الأرض ، كجزء من جولتنا عبر النظام الشمسي - الحلقة 51: الأرض ، و الحلقة: 318 .
مصادر: