CO SIĘ DZIEJE?

Masa i waga

Zanim przejdziemy do tematu grawitacji i jak to się dzieje działa, ważne jest, aby zrozumieć różnicę między wagą a masą.

Często używamy terminów „masa” i „waga” zamiennie w naszej codziennej mowie, ale dla astronoma lub fizyka są to zupełnie różne rzeczy. Masa ciała jest miarą zawartości w nim materii. Obiekt o masie ma cechę zwaną bezwładnością. Jeśli potrząśniesz przedmiotem jak kamieniem w dłoni, zauważysz, że potrzeba pchnięcia, aby go poruszyć, i kolejnego pchnięcia, aby go zatrzymać. Jeśli kamień jest w spoczynku, chce pozostać w spoczynku. Gdy już ją wprawisz w ruch, chce pozostać w ruchu. Ta jakość lub „powolność” materii jest jej bezwładnością. Masa jest miarą bezwładności obiektu.

Waga jest zupełnie inna rzecz. Każdy obiekt we Wszechświecie o masie przyciąga każdy inny obiekt masą. Wielkość przyciągania zależy od wielkości mas i ich odległości. W przypadku obiektów o rozmiarach codziennego użytku to przyciąganie grawitacyjne jest znikomo małe, ale przyciąganie między bardzo dużym obiektem, takim jak Ziemia, a innym obiektem, takim jak ty, można łatwo zmierzyć. Jak? Wszystko, co musisz zrobić, to stanąć na wadze! Wagi mierzą siłę przyciągania między tobą a Ziemią. Ta siła przyciąganie między tobą a Ziemią (lub jakąkolwiek inną planetą) nazywa się twoją wagą.

Jeśli jesteś w statku kosmicznym daleko między gwiazdami i umieścisz pod sobą wagę, na skali wskaże zero. Twoja waga wynosi zero. Jesteś nieważki. Obok ciebie unosi się kowadło. Jest też nieważkie. Czy ty czy kowadło nie ma masy? Absolutnie nie. Jeśli złapałeś kowadło i spróbowałeś nim potrząsnąć, musiałbyś je popchnąć, aby je uruchomić i pociągnąć, aby się zatrzymało. Wciąż ma bezwładność, a zatem masę, ale nie ma wagi. Zobacz różnicę?

Związek między grawitacją a masą i odległością

Jak wspomniano powyżej, twoja waga jest miarą siły grawitacji między tobą a ciałem, na którym stoisz. Ta siła grawitacji zależy od kilku rzeczy. Po pierwsze, zależy to od twojej masy i masy planety, na której stoisz. Jeśli podwoisz swoją masę, grawitacja pociągnie Cię dwa razy mocniej. Jeśli planeta, na której stoisz, jest dwa razy masywniejsza, grawitacja również pociąga Cię dwa razy silniej. Z drugiej strony, im dalej jesteś od środka planety, tym słabsze jest przyciąganie między planetą a twoim ciałem. Siła słabnie dość szybko. Jeśli podwoisz odległość od planety, siła wyniesie jedną czwartą. Jeśli potroisz separację, siła spadnie do jednej dziewiątej. Dziesięć razy większa odległość, jedna setna siły. Widzisz wzór? Siła spada wraz z kwadratem odległości. Gdybyśmy to umieścili w równaniu, wyglądałoby to tak:

Dwa „M” na górze to twoja masa i masa planety. „R” poniżej to odległość od środka planety. Masy są w liczniku, ponieważ siła rośnie, gdy stają się większe. Odległość jest w mianowniku, ponieważ siła maleje wraz ze wzrostem odległości. Pamiętaj, że siła nigdy nie spada do zera, bez względu na to, jak daleko się przemieszczasz. Być może była to inspiracja dla wiersza Francisa Thompsona:

Izaak Newton

To równanie, pierwszy wyprowadzony przez Sir Isaaca Newtona, wiele nam mówi. Na przykład możesz podejrzewać, że ponieważ Jowisz jest 318 razy masywniejszy od Ziemi, powinieneś ważyć 318 razy więcej niż w domu. Byłoby to prawdą, gdyby Jowisz był taki sam Jowisz jest 11 razy większy od promienia Ziemi, więc jesteś 11 razy dalej od środka. To zmniejsza siłę przyciągania o współczynnik 112, co daje około 2,53 razy większe przyciąganie Ziemi do ciebie. Stojąc na gwiazda neutronowa sprawia, że stajesz się niewyobrażalnie ciężki. Gwiazda jest nie tylko bardzo masywna (mniej więcej taka sama jak Słońce), ale jest też niewiarygodnie mała (mniej więcej wielkości San Francisco), więc jesteś bardzo blisko centrum na d r to bardzo mała liczba. Małe liczby w mianowniku ułamka prowadzą do bardzo dużych wyników!