1600- ja 1700-luvun vaihteessa Britanniassa asui tiedemies Isaac Newton, joka erottui suurista havaintokyvyistä. Sattui niin, että näkymä puutarhaan, jossa omenat putosivat oksilta maahan, auttoi häntä löytämään yleisen painovoiman lain. Mikä voima saa sikiön liikkumaan nopeammin ja nopeammin planeetan pinnalle, minkä lakien mukaan tämä liike tapahtuu? Yritetään vastata näihin kysymyksiin.
Ja jos nämä omenapuut, kuten Neuvostoliiton propaganda kerran lupasi, kasvaisivat Marsissa, millaista se pudotus sitten olisi? Vapaan pudotuksen kiihtyvyys Marsissa, planeetallamme, muissa aurinkokunnan kappaleissa… Mistä se riippuu, mitä arvoja se saavuttaa?
Vapaapudotuskiihdytys
Mitä ihmeellistä on kuuluisassa Pisan k altevassa tornissa? Kallistus, arkkitehtuuri? Joo. Ja sieltä on myös kätevää heittää alas erilaisia esineitä, kuten kuuluisa italialainen tutkimusmatkailija Galileo Galilei teki 1600-luvun alussa. Heittäessään alas kaikenlaisia vempaimia, hän huomasi, että raskas pallo putoamisen ensimmäisinä hetkinä liikkuu hitaasti, sitten sen nopeus kasvaa. Tutkijaa kiinnosti matemaattinen laki, jonka mukaannopeus muuttuu.
Myöhemmin, myös muiden tutkijoiden tekemät mittaukset, osoittivat, että putoavan kappaleen nopeus:
- pudotussekunnissa on 9,8 m/s;
- 2 sekunnissa - 19,6 m/s;
- 3 – 29,4 m/s;
- …
- n sekuntia – n∙9,8 m/s.
Tätä arvoa 9,8 m/s∙s kutsutaan "vapaan pudotuksen kiihtyvyydeksi". Onko Marsilla (Punainen planeetta) tai muulla planeetalla kiihtyvyys sama vai ei?
Miksi se on erilaista Marsissa
Isaac Newton, joka kertoi maailmalle, mitä universaali gravitaatio on, pystyi muotoilemaan vapaan pudotuksen kiihtyvyyden lain.
Teknologian kehityksen myötä, joka on nostanut laboratoriomittausten tarkkuuden uudelle tasolle, tutkijat ovat voineet vahvistaa, että maan painovoiman kiihtyvyys ei ole niin vakioarvo. Joten napoilla se on suurempi, päiväntasaajalla pienempi.
Vastaus tähän arvoitukseen löytyy yllä olevasta yhtälöstä. Tosiasia on, että maapallo ei tarkalleen ottaen ole aivan pallo. Se on ellipsoidi, joka on hieman litistetty navoista. Etäisyys planeetan keskustaan napojen kohdalla on pienempi. Ja kuinka Mars eroaa mass altaan ja kooltaan maapallosta… Myös vapaan pudotuksen kiihtyvyys siinä on erilainen.
Newtonin yhtälön ja yleisen tiedon avulla:
- Mars-planeetan massa − 6, 4171 1023 kg;
- keskimääräinen halkaisija − 3389500 m;
- gravitaatiovakio − 6, 67∙10-11m3∙s-2∙kg-1.
Vapaan pudotuksen kiihtyvyyden löytäminen Marsista ei ole vaikeaa.
g Mars=G∙M Mars / RMars 2.
g Mars=6, 67∙10-11∙6, 4171 1023/ 33895002=3,71 m/s2.
Voit tarkistaa vastaanotetun arvon katsomalla mitä tahansa hakuteosta. Se vastaa taulukkoa, mikä tarkoittaa, että laskelma on tehty oikein.
Miten painovoiman aiheuttama kiihtyvyys liittyy painoon
Paino on voima, jolla mikä tahansa massainen kappale painaa planeetan pintaa. Se mitataan newtoneina ja on yhtä suuri kuin massan ja vapaan pudotuksen kiihtyvyyden tulo. Marsilla ja kaikilla muilla planeetoilla se on tietysti erilainen kuin maa. Joten Kuussa painovoima on kuusi kertaa pienempi kuin planeettamme pinnalla. Tämä aiheutti jopa tiettyjä vaikeuksia astronauteille, jotka laskeutuivat luonnolliselle satelliitille. Se osoittautui mukavammaksi liikkua kengurua jäljittelemällä.
Joten, kuten laskettiin, vapaan pudotuksen kiihtyvyys Marsissa on 3,7 m/s2 eli 3,7 / 9,8=0,38 Maan mittakaavasta.
Ja tämä tarkoittaa, että minkä tahansa esineen paino Punaisen planeetan pinnalla on vain 38 % saman kohteen painosta maan päällä.
Miten ja missä se toimii
Matkustetaan henkisesti universumin halki ja löydetään vapaan pudotuksen kiihtyvyys planeetoilta ja muilta avaruuskappaleilta. NASAn astronautit suunnittelevat laskeutuvansa jollekin asteroideista seuraavien vuosikymmenten aikana. Otetaan Vesta, aurinkokunnan suurin asteroidi (Ceres oli isompi, mutta se siirrettiin äskettäin kääpiöplaneettojen kategoriaan, "ylennetty arvolla").
g Vesta=0,22 m/s2.
Kaikista massiivisista rungoista tulee 45 kertaa kevyempiä. Näin pienellä painovoimalla kaikki pinnalla tehtävät työt tulevat ongelmaksi. Huolimaton nykiminen tai hyppy heittää astronautin välittömästi useita kymmeniä metrejä ylöspäin. Mitä voimme sanoa suunnitelmista mineraalien louhinnaksi asteroideilla. Kaivinkone tai porauslaite on kirjaimellisesti sidottava näihin avaruuskiviin.
Ja nyt toinen ääripää. Kuvittele itsesi neutronitähden pinnalla (keho, jonka massa on aurinko ja jonka halkaisija on noin 15 km). Joten jos astronautti ei jollain käsittämättömällä tavalla kuole kaikkien mahdollisten etäisyyksien mittakaavan ulkopuoliseen säteilyyn, hänen silmiensä eteen ilmestyy seuraava kuva:
g n.stars=6, 67∙10-11∙1, 9885 1030/ 75002=2 357 919 111 111 m/s2.
1 gramman kolikko painaisi 240 tuhatta tonnia tämän ainutlaatuisen avaruusobjektin pinnalla.
