О путешествиях к звездам люди мечтали издревле, начиная с тех времен, когда первые астрономы рассмотрели в примитивные телескопы иные планеты нашей системы и их спутники. С тех пор прошло много веков, но увы, межпланетные и тем более полеты к другим звездам невозможны и сейчас. А единственным внеземным объектом, где побывали исследователи, является Луна.
Мы знаем, что силой тяжести называется сила, с которой Земля притягивает различные тела.
Сила тяжести всегда направлена к центру планеты. Сила тяжести сообщает телу ускорение, которое называется ускорением свободного падения и численно равно 9,8м/с 2 . Это значит, что любое тело, независимо от его массы при свободном падении (без сопротивления воздуха) изменяет свою скорость за каждую секунду падения на 9,8 м/с.
Используя формулу для нахождения ускорения свободного падения
Масса планет M и их радиус R известны благодаря астрономическим наблюдениям и сложным расчетам.
а G - гравитационная постоянная (6,6742 10 -11 м 3 с -2 кг -1).
Если применить эту формулу для вычисления гравитационного ускорения на поверхности Земли (масса М = 5,9736 1024 кг, радиус R = 6,371 106 м), мы получим g=6,6742 * 10 *5,9736 / 6,371*6,371 = 9,822м/с 2
Стандартное («нормальное») значение, принятое при построении систем единиц, g = 9,80665 м/с 2 , а в технических расчётах обычно принимают g = 9,81 м/с 2 .
Стандартное значение g было определено как «среднее» в каком-то смысле ускорение свободного падения на Земле, примерно равно ускорению свободного падения на широте 45,5° на уровне моря.
Благодаря притяжению к Земле течет вода в реках. Человек, подпрыгнув, опускается на Землю, потому что Земля притягивает его. Земля притягивает к себе все тела: Луну, воду морей и океанов, дома, спутники и т. п. Благодаря силе тяжести облик нашей планеты непрерывно меняется. Сходят с гор лавины, движутся ледники, обрушиваются камнепады, выпадают дожди, текут реки с холмов на равнины.
Все живые существа на земле чувствуют ее притяжение. Растения также «чувствуют» действие и направление силы тяжести, из-за чего главный корень всегда растет вниз, к центру земли, а стебель вверх.
Земля и все остальные планеты, движущиеся вокруг Солнца, притягиваются к нему и друг к другу. Не только Земля притягивает к себе тела, но и эти тела притягивают к себе Землю. Притягивают друг друга и все тела на Земле. Например, притяжение со стороны Луны вызывает на Земле приливы и отливы воды, огромные массы которой поднимаются в океанах и морях дважды в сутки на высоту нескольких метров. Притягивают друг друга и все тела на Земле. Поэтому ВЗАИМНОЕ ПРИТЯЖЕНИЕ ВСЕХ ТЕЛ ВСЕЛЕННОЙ НАЗЫВАЕТСЯ ВСЕМИРНЫМ ТЯГОТЕНИЕМ.
Чтобы определить силу тяжести, действующую на тело любой массы, необходимо ускорение свободного падения умножить на массу этого тела.
F = g * m ,
где m-масса тела, g – ускорение свободного падения.
Из формулы видно, что значение силы тяжести увеличивается с увеличением массы тела. Так же видно, что сила тяжести зависит также от величины ускорения свободного падения. Значит, делаем вывод: для тела неизменной массы значение силы тяжести меняется с изменение ускорения свободного падения.
Используя формулу для нахождения ускорения свободного падения g=GМ/R 2
Мы можем рассчитать значения g на поверхности любой планеты. Масса планет M и их радиус R известны благодаря астрономическим наблю¬дениям и сложным расчетам. где G - гравитационная постоянная (6,6742 10 -11 м 3 с -2 кг -1).
Планеты издавна делились учеными на две группы. Первая – это планеты земного типа: Меркурий, Венера, Земля, Марс, с недавних пор – Плутон. Для них характерны относительно небольшие размеры, малое количество спутников и твердое состояние. Оставшиеся – Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун – планеты-гиганты, состоящие из газообразного водорода и гелия. Все они движутся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, отклоняясь от заданной траектории, если рядом проходит планета-сосед.
Наша «первая космическая станция» - Марс. Сколько же человек будет весить на Марсе? Сделать такой расчет нетрудно. Для этого необходимо знать массу и радиус Марса.
Как известно, масса "красной планеты" в 9,31 раза меньше массы Земли, а радиус в 1,88 раза уступает радиусу земного шара. Следовательно, из-за действия первого фактора сила тяжести на поверхности Марса должна быть в 9,31 раза меньше, а из-за второго - в 3,53 раза больше, чем у нас (1,88 * 1,88 = 3,53). В конечном счете она составляет там немногим более 1/3 части земной силы тяжести (3,53: 9,31 = 0,38). Она составляет 0,38 g от земной, это примерно в два раза меньше. Это значит, что на красной планете можно скакать и прыгать гораздо выше, чем на Земле, и все тяжести весить будут также значительно меньше. Таким же образом можно определить напряжение силы тяжести на любом небесном теле.
Теперь определим, напряжение силы тяжести на Луне. Масса Луны, как мы знаем, в 81 раз меньше массы Земли. Если бы Земля обладала такой маленькой массой, то напряжение силы тяжести на ее поверхности было бы в 81 раз слабее, чем теперь. Но по закону Ньютона шар притягивает так, словно вся его масса сосредоточена в центре. Центр Земли отстоит от ее поверхности на расстоянии земного радиуса, центр Луны – на расстоянии лунного радиуса. Но лунный радиус составляет 27/100 земного, а от уменьшения расстояния в 100/27 раза сила притяжения увеличивается в (100/27) 2 раз. Значит, в конечном итоге напряжение силы тяжести на поверхности Луны составляет
100 2 / 27 2 * 81 = 1 / 6 земного
Любопытно, что если бы на Луне существовала вода, пловец чувствовал бы себя в лунном водоеме так же, как на Земле. Его вес уменьшился бы в шесть раз, но во столько же раз уменьшился бы и вес вытесняемой им воды; соотношение между ними было бы такое же, как на Земле, и пловец погружался бы в воду Луны ровно на столько же, на сколько погружается он у нас.
ускорение свободного падения на поверхности некоторых небесных тел, м/с 2
Солнце 273,1
Меркурий 3,68-3,74
Венера 8,88
Земля 9,81
Луна 1,62
Церера 0,27
Марс 3,86
Юпитер 23,95
Сатурн 10,44
Уран 8,86
Нептун 11,09
Плутон 0,61
Как видно из таблицы, почти идентичное значение ускорения свободного падения присутствует на Венере и составляет 0,906 от земной.
Теперь условимся, что на Земле космонавт-путешественник весит ровно 70кг. Тогда для других планет получим следующие значения веса (планеты расположены в порядке возрастания веса):
А вот на Солнце гравитация (притяжение) в 28 раз сильнее, чем на Земле. Человеческое тело весило бы там 20000 Н и было бы мгновенно раздавлено собственной тяжестью.
Если нам предстоит космическое путешествие по планетам Солнечной системе, то нужно быть готовым к тому, что наш вес будет меняться. Сила притяжения также оказывает различные воздействия на живых существ. Попросту говоря, когда будут открыты другие обитаемые миры, мы увидим, что их обитатели сильно отличаются друг от друга в зависимости от массы их планет. К примеру, будь Луна обитаема, то ее населяли бы очень высокие и хрупкие существа, и наоборот, на планете массой с Юпитер жители были бы очень низкие, крепкие и массивные. А иначе на слабых конечностях в таких условиях попросту не выживешь при всем желании. Сила притяжения сыграет важную роль и при будущей колонизации того же Марса.
February 3rd, 2015 , 03:55 pm
Pete Revonkorpi: Illustrator
Силой тяжести называется сила, с которой Земля притягивает различные тела.
Известно, что вес любого тела определяется силой притяжения (силой тяжести). Она прямо пропорциональна массе планеты и обратно пропорциональна квадрату ее радиуса.
Понятно, что вес человека, путешествующего по планетам Солнечной системы, будет изменяться. Чтобы определить его вес на другой планете, необходимо знать массу планеты и ее радиус. Например, можно узнать, как изменится вес человека на Марсе.
Как известно, масса "Красной планеты" в 9,31 раза меньше массы Земли, а ее радиус в 1,88 раза уступает радиусу земного шара. Следовательно, из-за действия первого фактора сила тяжести на поверхности Марса должна быть в 9,31 раза меньше, а из-за второго - в 3,53 раза больше, чем на Земле (1,88 умножить на 1,88 = 3,53).
В конечном итоге она составляет там около 1/3 части земной силы тяжести (3,53: 9,31 = 0,38). Таким же образом можно определить напряжение силы тяжести на любом небесном теле.
Допустим, что на Земле космонавт-путешественник весит 60 кг. Тогда для других планет получим следующие значения веса:
Меркурий - 22.6 кг
Венера - 54.4 кг
Луна - 9.9 кг
Марс - 22.6 кг
Юпитер - 141.8 кг
Сатурн - 54.9 кг
Уран - 53.3 кг
Нептун - 67.5 кг
Плутон - 4 кг
Следует заметить, что для планет-гигантов значения веса даны на уровне верхнего облачного слоя, а не на уровне твердой поверхности, как у Меркурия, Венеры, Земли, Марса и у Плутона.
Вполне понятно, что путешествовать по другим планетам человек может только в специальном герметичном скафандре, снабженном приборами системы жизнеобеспечения. Вес скафандра американских астронавтов, в котором они выходили на поверхность Луны, равен примерно весу взрослого человека. Поэтому приведенные значения веса космического путешественника на других планетах надо по меньшей мере удвоить. Только тогда весовые величины будут близки к действительным.
Изменится ли у первых путешественников на Марс исчисление возраста?
Ведь что такое год на Земле? Это время, за которое Земля совершает полный оборот вокруг Солнца. На других планетах это происходит за разное время. Поэтому год на каждой планете имеет свою продолжительность.
Например, если ваш возраст на Земле 33 года, то результаты будут следующими:
Меркурий – 135 лет (Меркурий обращающается вокруг Солнца за 88 земных суток).
Венера – 53 года (период обращения в 224,7земных суток).
Марс – 17 лет (период обращения в 686,98 земных суток).
Юпитер – 2,73 года (период обращения в 4332,589 земных суток).
Сатурн – 1 год (период обращения в 10 759,22 земных суток).
Итак, космонавт, имеющий на Земле вес 60 кг и возраст 33 года, на Марсе будет весить около 23 кг, а лет ему будет всего 17, но марсианских.
Представим себе, что мы отправляемся в путешествие но Солнечной системе. Какова сила тяжести на других планетах? На каких мы будем легче, чем на Земле, а на каких тяжелее?
Пока мы еще не покинули Землю, проделаем такой опыт: мысленно опустимся на один из земных полюсов, а затем представим себе, что мы перенеслись на экватор. Интересно, изменился ли наш вес?
Известно, что вес любою тела определяется силой притяжения (силой тяжести). Она прямо пропорциональна массе планеты и обратно пропорциональна квадрату ее радиуса (об этом мы впервые узнали из школьного учебника физики). Следовательно, если бы наша Земля была строго шарообразна, то вес каждого предмета при перемещении по ее поверхности оставался бы неизменным.
Но Земля — не шар. Она сплюснута у полюсов и вытянута вдоль экватора. Экваториальный радиус Земли длиннее полярного на 21 км. Выходит, что сила земного притяжения действует на экваторе как бы издалека. Вот ничему вес одного и того же тела в разных местах Земли неодинаков. Тяжелее всего предметы должны быть на земных полюсах и легче всего — на экваторе. Здесь они становятся легче на 1/190 по сравнению с их весом на полюсах. Конечно, обнаружить это изменение веса можно только с помощью пружинных весов. Небольшое уменьшение веса предметов на экваторе происходит также за счет центробежной силы, возникающей вследствие вращения Земли. Таким образом, вес взрослого человека, прибывшего с высоких полярных широт на экватор, уменьшится в обшей сложности примерно на 0,5 кг.
Теперь уместно спросить: а как будет изменяться вес человека, по мере его путешествия по просторам Солнечной системы?
Наша первая космическая станция — Марс. Сколько же человек будет весить на Марсе? Сделать такой расчет нетрудно. Для этого необходимо знать массу и радиус Марса.
Как известно, масса «красной планеты» в 9,31 раза меньше массы Земли, а радиус в 1,88 раза уступает радиусу земного шара. Следовательно, из-за действия первого фактора сила тяжести па поверхности Марса должна быть в 9,31 раза меньше, а из-за второго — в 3,53 раза больше, чем у нас (1,88 . 1,88 = 3,53). В конечном счете она составляет там немногим более 1/3 части земной силы тяжести (3,53: 9,31 = 0,38). Таким же образом можно определить напряжение силы тяжести на любом небесном теле.
Земля но напряжению силы тяжести занимает промежуточное положение между планетами-гигантами. На двух из них — Сатурне и Уране — сила тяжести несколько меньше, чем на Земле, а на двух других — Юпитере и Нептуне — больше. Правда, для Юпитера и Сатурна вес дал с учетом действия центробежной силы (они быстро вращаются). Последняя уменьшает вес тела на несколько процентов.
Следует заметить, что для планет-гигантов значения веса даны на уровне верхнего облачного слоя, а не на уровне твердой поверхности, как у земноподобных планет (Меркурия, Венеры, Земли, Марса) и у Плутона.
На поверхности Венеры человек окажется почти на 10% легче, чем па Земле. Зато на Меркурии и на Марсе уменьшение веса произойдет в 2,6 раза. Что же касается Плутона, то на нем человек будет в 2,5 раза легче, чем на Луне, или в 15,5 раза легче, чем в земных условиях.
Вполне понятно, что путешествовать по другим планетам человек может только в специальном герметичном скафандре, снабженном приборами системы жизнеобеспечения. Вес скафандра американских астронавтов, в котором они выходили, на поверхность Лупы, равен примерно весу взрослого человека. Поэтому приведенные памп значения веса космического путешественника на других планетах надо но меньшей мере удвоить. Только тогда мы получим весовые величины, близкие к действительным.
Луна, после Солнца является вторым объектом по яркости. По величине она является пятым объектом Солнечной системы. Между центрами Луны и Земли среднее расстояние составляет 384467 км. Масса Луны соответствует значению 7,33*1022кг.
С древних времен люди предпринимали попытки описать и объяснить ее движение. Основу всех современных расчетов составляет теория Брауна, которая была создана на рубеже XIX - XX веков. Для определения точного движения этого необходима была не только масса Луны. В расчет принимались многочисленные коэффициенты тригонометрических функций. Современной науке под силу проводить более точные расчеты.
Лазерная локация позволяет измерять размеры небесных объектов с ошибкой всего в несколько сантиметров. С ее помощью было установлено, что масса Луны значительно меньше, чем масса нашей планеты (в 81 раз), а радиус ее меньше в 37 раз. Долгое время с точностью определить эту величину не представлялось возможным, но запуск космических спутников позволил открыть новые перспективы. Известен интересный факт, что во времена Ньютона масса Луны определялась по величине вызываемого ею прилива.
Мы по-разному можем видеть освещенную поверхность этого спутника. Видимая часть диска, освещенного Солнцем, называется фазой. Всего существует четыре фазы: полностью темная поверхность Луны - новолуние, растущий лунный серп - первая четверть, освещенный полностью диск - полнолуние, освещенная половина со второй стороны - последняя четверть. Они выражаются в сотых и десятых долях единицы. Смена всех лунных фаз - синодический период, который представляет собой обращение Луны от фазы новолуния до последующего новолуния. Его называют еще синодическим месяцем, равным примерно 29,5 дням. За этот период времени Луна сможет пройти по орбите путь и дважды успеть побывать в одной и той же фазе. Сидерический период обращения, длящийся 27,3 дня, является полным оборотом Луны вокруг Земли.
Ошибочно распространено утверждение, что поверхность Луны мы видим с одной стороны и то, что она не вращается. Движения Луны происходят в виде вращения вокруг своей оси и обращения вокруг Земли и Солнца
Полный оборот вокруг собственной оси происходит за 27 земных суток 43 мин. и 7 часов. Обращение по эллиптической орбите вокруг Земли (один полный оборот) происходит за тоже время. На это оказывают влияние приливы в лунной коре, вызывающие приливы на Земле, происходящие под воздействием лунного притяжения.
Находясь на более далеком расстоянии от Луны, чем Земля, Солнце из-за своей огромной массы вдвое сильнее притягивает Луну, чем Земля. Земля искажает траекторию обращения Луны вокруг Солнца. По отношению к Солнцу ее траектория всегда вогнутая.
Луна не имеет атмосферы, небо над ней всегда черное. Из-за того, что звуковые волны не распространяются в вакууме, на этой планете царит полнейшая тишина. Под прямыми лучами в дневное время во много раз превышает воды, а ночами достигает -150 С. Луны составляет единицу. Ее плотность всего в 3,3 р. больше воды. На ее поверхности есть огромные равнины, которые покрыты застывшей лавой, множество кратеров, образованных при Сила гравитации уступает земному притяжению, а вес Луны меньше Земли, поэтому человека может уменьшиться в 6 раз при нахождении на Луне.
По радиоактивным веществам ученые определили примерный возраст Луны, который составляет 4,65 млрд. лет. По последней наиболее правдоподобной гипотезе, предполагается, что образование Луны произошло вследствие гигантского столкновения с молодой Землей огромного небесного тела. Согласно другой теории Земля и Луна были образованы независимо в совершенно различных частях Солнечной системы.
Представим себе, что мы отправляемся в путешествие по Солнечной системе. Какова сила тяжести на других планетах? На каких мы будем легче, чем на Земле, а на каких тяжелее?
Пока мы еще не покинули Землю, проделаем такой опыт: мысленно опустимся на один из земных полюсов, а затем представим себе, что мы перенеслись на экватор. Интересно, изменился ли наш вес?
Известно, что вес любого тела определяется силой притяжения (силой тяжести). Она прямо пропорциональна массе планеты и обратно пропорциональна квадрату ее радиуса (об этом мы впервые узнали из школьного учебника физики). Следовательно, если бы наша Земля была строго шарообразна, то вес каждого предмета при перемещении по ее поверхности оставался бы неизменным.
Но Земля - не шар. Она сплюснута у полюсов и вытянута вдоль экватора. Экваториальный радиус Земли длиннее полярного на 21 км. Выходит, что сила земного притяжения действует на экваторе как бы издалека. Вот почему вес одного и того же тела в разных местах Земли неодинаков. Тяжелее всего предметы должны быть на земных полюсах и легче всего - на экваторе. Здесь они становятся легче на 1/190 по сравнению с их весом на полюсах. Конечно, обнаружить это изменение веса можно только с помощью пружинных весов. Небольшое уменьшение веса предметов на экваторе происходит также за счет центробежной силы, возникающей вследствие вращения Земли. Таким образом, вес взрослого человека, прибывшего с высоких полярных широт на экватор, уменьшится в общей сложности примерно на 0,5 кг.
Теперь уместно спросить: а как будет изменяться вес человека, путешествующего по планетам Солнечной системы?
Наша первая космическая станция - Марс. Сколько же человек будет весить на Марсе? Сделать такой расчет нетрудно. Для этого необходимо знать массу и радиус Марса.
Как известно, масса "красной планеты" в 9,31 раза меньше массы Земли, а радиус в 1,88 раза уступает радиусу земного шара. Следовательно, из-за действия первого фактора сила тяжести на поверхности Марса должна быть в 9,31 раза меньше, а из-за второго - в 3,53 раза больше, чем у нас (1,88 * 1,88 = 3,53). В конечном счете она составляет там немногим более 1/3 части земной силы тяжести (3,53: 9,31 = 0,38). Таким же образом можно определить напряжение силы тяжести на любом небесном теле.
Теперь условимся, что на Земле космонавт-путешественник весит ровно 70 кг. Тогда для других планет получим следующие значения веса (планеты расположены в порядке возрастания веса):
Плутон 4,5 Меркурий 26,5 Марс 26,5 Сатурн 62,7 Уран 63,4 Венера 63,4 Земля 70,0 Нептун 79,6 Юпитер 161,2
Как видим, Земля по напряжению силы тяжести занимает промежуточное положение между планетами-гигантами. На двух из них - Сатурне и Уране - сила тяжести несколько меньше, чем на Земле, а на двух других - Юпитере и Нептуне - больше. Правда, для Юпитера и Сатурна вес дан с учетом действия центробежной силы (они быстро вращаются). Последняя уменьшает вес тела на экваторе на несколько процентов.
Следует заметить, что для планет-гигантов значения веса даны на уровне верхнего облачного слоя, а не на уровне твердой поверхности, как у земноподобных планет (Меркурия, Венеры, Земли, Марса) и у Плутона.
На поверхности Венеры человек окажется почти на 10% легче, чем на Земле. Зато на Меркурии и на Марсе уменьшение веса произойдет в 2,6 раза. Что же касается Плутона, то на нем человек будет в 2,5 раза легче, чем на Луне, или в 15,5 раза легче, чем в земных условиях.
А вот на Солнце гравитация (притяжение) в 28 раз сильнее, чем на Земле. Человеческое тело весило бы там 2 т и было бы мгновенно раздавлено собственной тяжестью. Впрочем, еще не достигнув Солнца, все превратилось бы в раскаленный газ. Другое дело - крошечные небесные тела, такие как спутники Марса и астероиды. На многих из них по легкости можно уподобиться... воробью!
Вполне понятно, что путешествовать по другим планетам человек может только в специальном герметичном скафандре, снабженном приборами системы жизнеобеспечения. Вес орбитальных скафандров ок 120 кг (орлан МК, эксплуатируется С 2009г.), разрабатываются скафандры для иных небесных тел, так называемые космические, вес которых ок 200 кг. Поэтому приведенные нами значения веса космического путешественника на других планетах надо по меньшей мере утроить. Только тогда мы получим весовые величины, близкие к действительным.
Коротцев О.Н.
(по материалам http://www.prosto-o-slognom.ru)
.jpg)