WIE STARK IST DIE SCHWERKRAFT AUF DER ERDE?

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Die Schwerkraft ist eine ziemlich großartige fundamentale Kraft. Wenn es nicht für die Erde bequem wäre 1 GWenn Objekte mit einer Geschwindigkeit von 9,8 m / s² auf die Erde fallen, schweben wir alle in den Weltraum. Und ohne sie würden alle terrestrischen Arten langsam verdorren und sterben, wenn unsere Muskeln degenerierten, unsere Knochen brüchig und schwach wurden und unsere Organe nicht mehr richtig funktionierten.

Man kann also ohne Übertreibungen sagen, dass die Schwerkraft nicht nur eine Tatsache des Lebens hier auf der Erde ist, sondern eine Voraussetzung dafür. Da die Menschen jedoch die Absicht zu haben scheinen, von diesem Felsen abzusteigen - sozusagen den „mürrischen Bindungen der Erde“ zu entkommen -, ist es notwendig, die Schwerkraft der Erde und das, was sie braucht, um zu entkommen, zu verstehen. Wie stark ist die Schwerkraft der Erde?

Definition:

Die Schwerkraft ist ein natürliches Phänomen, bei dem alle Dinge, die Masse besitzen, aufeinander zu gebracht werden - dh Asteroiden, Planeten, Sterne, Galaxien, Supercluster usw. Je mehr Masse ein Objekt hat, desto mehr Schwerkraft wird es ausüben auf Objekte um ihn herum. Die Gravitationskraft eines Objekts hängt auch von der Entfernung ab - d. H. Die Menge, die es auf ein Objekt ausübt, nimmt mit zunehmender Entfernung ab.

Die Schwerkraft ist auch eine der vier fundamentalen Kräfte, die alle Wechselwirkungen in der Natur steuern (zusammen mit schwacher Kernkraft, starker Kernkraft und Elektromagnetismus). Von diesen Kräften ist die Schwerkraft mit etwa 10 die schwächste³⁸ mal schwächer als die starke Atomkraft, 10³⁶ mal schwächer als die elektromagnetische Kraft und 10²⁹ mal schwächer als die schwache Atomkraft.

Infolgedessen hat die Schwerkraft auf der kleinsten Skala (d. H. Subatomaren Teilchen) einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Materie. Auf der makroskopischen Ebene - der von Planeten, Sternen, Galaxien usw. - ist die Schwerkraft jedoch die dominierende Kraft, die die Wechselwirkungen der Materie beeinflusst. Es bewirkt die Bildung, Form und Flugbahn astronomischer Körper und regelt das astronomische Verhalten. Es spielte auch eine wichtige Rolle in der Entwicklung des frühen Universums.

Es war dafür verantwortlich, dass Materie zusammenklumpte, um Gaswolken zu bilden, die einen Gravitationskollaps erlebten und die ersten Sterne bildeten - die dann zu den ersten Galaxien zusammengezogen wurden. Und innerhalb einzelner Sternensysteme verschmolzen Staub und Gas zu den Planeten. Es regelt auch die Umlaufbahnen der Planeten um Sterne, der Monde um Planeten, die Rotation von Sternen um das Zentrum ihrer Galaxie und die Verschmelzung von Galaxien.

Universelle Gravitation und Relativitätstheorie:

Da Energie und Masse gleichwertig sind, verursachen alle Energieformen, einschließlich Licht, auch Gravitation und stehen unter deren Einfluss. Dies steht im Einklang mit Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie, die das beste Mittel zur Beschreibung des Verhaltens der Schwerkraft bleibt. Nach dieser Theorie ist die Schwerkraft keine Kraft, sondern eine Folge der Krümmung der Raumzeit, die durch die ungleichmäßige Verteilung von Masse / Energie verursacht wird.

Das extremste Beispiel für diese Krümmung der Raumzeit ist ein Schwarzes Loch, aus dem nichts entkommen kann. Schwarze Löcher sind normalerweise das Produkt eines supermassiven Sterns, der zur Supernova geworden ist und einen weißen Zwergrest zurücklässt, der so viel Masse hat, dass seine Fluchtgeschwindigkeit größer ist als die Lichtgeschwindigkeit. Eine Zunahme der Schwerkraft führt auch zu einer Gravitationszeitdilatation, bei der der Zeitablauf langsamer erfolgt.

Für die meisten Anwendungen lässt sich die Schwerkraft am besten durch das Newtonsche Gesetz der universellen Gravitation erklären, das besagt, dass die Schwerkraft als Anziehungskraft zwischen zwei Körpern besteht. Die Stärke dieser Anziehung kann mathematisch berechnet werden, wobei die Anziehungskraft direkt proportional zum Produkt ihrer Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes zwischen ihnen ist.

Schwerkraft der Erde:

Auf der Erde gibt die Schwerkraft physischen Objekten Gewicht und verursacht die Gezeiten des Ozeans. Die Schwerkraft der Erde ist das Ergebnis der Masse und Dichte der Planeten - 5,97237 × 10²⁴ kg (1,31668 × 10²⁵ lbs) und 5,514 g / cm³, beziehungsweise. Dies führt dazu, dass die Erde nahe der Oberfläche eine Gravitationsstärke von 9,8 m / s² aufweist (auch als 1 bekannt) G), die natürlich abnimmt, je weiter man von der Oberfläche entfernt ist.

Außerdem ändert sich die Schwerkraft auf der Erde tatsächlich, je nachdem, wo Sie darauf stehen. Der erste Grund ist, dass sich die Erde dreht. Dies bedeutet, dass die Schwerkraft der Erde am Äquator 9,789 m / s beträgt², während die Schwerkraft an den Polen 9,832 m / s beträgt². Mit anderen Worten, Sie wiegen aufgrund dieser Zentripetalkraft mehr an den Polen als am Äquator, aber nur geringfügig mehr.

Schließlich kann sich die Schwerkraft ändern, je nachdem, was sich unter der Erde unter Ihnen befindet. Höhere Massenkonzentrationen wie hochdichte Gesteine oder Mineralien können die Schwerkraft verändern, die Sie fühlen. Aber natürlich ist dieser Betrag zu gering, um wahrgenommen zu werden. NASA-Missionen haben das Schwerefeld der Erde mit unglaublicher Genauigkeit kartiert und zeigen je nach Standort unterschiedliche Stärken.

Die Schwerkraft nimmt auch mit der Höhe ab, da Sie weiter vom Erdmittelpunkt entfernt sind. Die Abnahme der Kraft vom Aufstieg auf die Spitze eines Berges ist ziemlich gering (0,28% weniger Schwerkraft auf der Spitze des Mount Everest), aber wenn Sie hoch genug sind, um die Internationale Raumstation (ISS) zu erreichen, würden Sie 90% erleben von der Schwerkraft, die Sie an der Oberfläche fühlen würden.

Da sich die Station jedoch im freien Fall befindet (und sich auch im Vakuum des Weltraums befindet), können Objekte und Astronauten an Bord der ISS herumschweben. Da alles an Bord der Station mit der gleichen Geschwindigkeit in Richtung Erde fällt, haben diejenigen an Bord der ISS das Gefühl, schwerelos zu sein - obwohl sie immer noch etwa 90% des Gewichts auf der Erdoberfläche wiegen.

Die Schwerkraft der Erde ist auch dafür verantwortlich, dass unser Planet eine „Fluchtgeschwindigkeit“ von 11,186 km / s (oder 6,951 mi / s) hat. Im Wesentlichen bedeutet dies, dass eine Rakete diese Geschwindigkeit erreichen muss, bevor sie hoffen kann, sich von der Schwerkraft der Erde zu befreien und den Weltraum zu erreichen. Und bei den meisten Raketenstarts ist der größte Teil ihres Schubes allein dieser Aufgabe gewidmet.

Wegen des Unterschieds zwischen der Schwerkraft der Erde und der Gravitationskraft auf andere Körper - wie den Mond (1,62 m / s²; 0,1654)G) und Mars (3,711 m / s²; 0,376 g) - Wissenschaftler sind sich nicht sicher, welche Auswirkungen dies auf Astronauten haben würde, die langfristige Missionen zu diesen Körpern unternommen haben.

Während Studien gezeigt haben, dass Langzeitmissionen in der Schwerelosigkeit (dh auf der ISS) sich nachteilig auf die Gesundheit der Astronauten auswirken (einschließlich Verlust der Knochendichte, Muskelentartung, Schädigung der Organe und des Sehvermögens), wurden keine Studien zu den Auswirkungen von durchgeführt Umgebungen mit geringerer Schwerkraft. Angesichts der zahlreichen Vorschläge zur Rückkehr zum Mond und der von der NASA vorgeschlagenen "Reise zum Mars" sollten diese Informationen jedoch in Kürze vorliegen!

Als irdische Wesen werden wir Menschen durch die Schwerkraft der Erde gesegnet und verflucht. Einerseits macht es den Zugang zum Weltraum ziemlich schwierig und teuer. Zum anderen sichert es unsere Gesundheit, da unsere Art das Produkt von Milliarden Jahren Artenentwicklung ist, die in einer 1 stattgefunden hat G Umgebung.

Wenn wir jemals hoffen, eine wirklich weltraumtaugliche und interplanetare Spezies zu werden, sollten wir besser herausfinden, wie wir mit Mikrogravitation und niedrigerer Schwerkraft umgehen werden. Andernfalls wird wahrscheinlich keiner von uns sehr lange von der Welt verschwinden!

Wir haben viele Artikel über das Earth for Space Magazine geschrieben. Woher kommt die Schwerkraft? Wer hat die Schwerkraft entdeckt? Warum ist die Erde rund? Warum stiehlt die Sonne nicht den Mond? Könnten wir künstliche Schwerkraft herstellen? Und die „Potsdamer Schwerkraftkartoffel“ zeigt Variationen in der Schwerkraft der Erde .

Willst du mehr Ressourcen auf der Erde? Hier ist ein Link zur NASA-Seite zur bemannten Raumfahrt und hier zur sichtbaren Erde der NASA.

Wir haben auch eine Episode von Astronomy Cast über die Erde als Teil unserer Tour durch das Sonnensystem aufgenommen - Episode 51: Erde und Episode 318: Fluchtgeschwindigkeit.

Quellen: