В началото на 17-ти и 18-ти век във Великобритания е живял учен Исак Нютон, който се отличавал с големи способности за наблюдение. Случи се така, че гледката към градината, където ябълките падат от клони на земята, му помогна да открие закона за всемирното привличане. Каква сила кара плода да се движи все по-бързо към повърхността на планетата, по какви закони става това движение? Нека се опитаме да отговорим на тези въпроси.
И ако тези ябълкови дървета, както съветската пропаганда веднъж обеща, израснаха на Марс, какво щеше да е падането тогава? Ускоряване на свободното падане на Марс, на нашата планета, на други тела на Слънчевата система… От какво зависи, какви стойности достига?
Ускорение при свободно падане
Какво е забележителното в известната Наклонена кула в Пиза? Наклон, архитектура? да. И също така е удобно да хвърляте различни предмети от него, което направи известният италиански изследовател Галилео Галилей в началото на 17 век. Хвърляйки всякакви вещици, той забеляза, че тежката топка в първите моменти на падането се движи бавно, след това скоростта й се увеличава. Изследователят се интересувал от математическия закон, според койтонастъпва промяна на скоростта.
Измервания, направени по-късно, включително от други изследователи, показаха, че скоростта на падащото тяло:
- за 1 секунда падане става равно на 9,8 m/s;
- за 2 секунди - 19,6 m/s;
- 3 – 29,4 m/s;
- …
- n секунди – n∙9,8 m/s.
Тази стойност от 9,8 m/s∙s се нарича "ускорение при свободно падане". На Марс (Червената планета) или друга планета, същото ли е ускорението или не?
Защо е различно на Марс
Исак Нютон, който каза на света какво е универсалната гравитация, успя да формулира закона за ускорението на свободното падане.
С напредъка в технологиите, които издигнаха точността на лабораторните измервания на ново ниво, учените успяха да потвърдят, че ускорението на гравитацията на планетата Земя не е толкова постоянна стойност. Така че на полюсите е по-голямо, на екватора е по-малко.
Отговорът на тази гатанка се крие в горното уравнение. Факт е, че земното кълбо, строго погледнато, не е съвсем сфера. Представлява елипсоид, леко сплескан на полюсите. Разстоянието до центъра на планетата при полюсите е по-малко. И как Марс се различава по маса и размер от земното кълбо… Ускорението на свободното падане върху него също ще бъде различно.
Използвайки уравнението на Нютон и общоизвестните:
- маса на планетата Марс − 6, 4171 1023 kg;
- среден диаметър − 3389500 m;
- гравитационна константа − 6, 67∙10-11m3∙s-2∙kg-1.
Няма да е трудно да се намери ускорението на свободното падане на Марс.
g Марс=G∙M Марс / RМарс 2.
g Марс=6, 67∙10-11∙6, 4171 1023/ 33895002=3,71 m/s2.
За да проверите получената стойност, можете да погледнете във всеки справочник. Съвпада с таблицата, което означава, че изчислението е направено правилно.
Как ускорението поради гравитацията е свързано с теглото
Теглото е силата, с която всяко тяло с маса притиска повърхността на планетата. Измерва се в нютони и е равно на произведението на масата и ускорението на свободното падане. На Марс и всяка друга планета, разбира се, ще бъде различно от земята. И така, на Луната гравитацията е шест пъти по-малка, отколкото на повърхността на нашата планета. Това дори създаде определени трудности за астронавтите, които кацнаха на естествен спътник. Оказа се, че е по-удобно за придвижване, имитирайки кенгуру.
Така че, както беше изчислено, ускорението на свободно падане на Марс е 3,7 m/s2, или 3,7 / 9,8=0,38 от Земята.
И това означава, че теглото на всеки обект на повърхността на Червената планета ще бъде само 38% от теглото на същия обект на Земята.
Как и къде работи
Нека да пътуваме мислено из Вселената и да открием ускорението на свободното падане на планети и други космически тела. Астронавтите на НАСА планират да кацнат на един от астероидите през следващите десетилетия. Да вземем Веста, най-големият астероид в Слънчевата система (Церера беше по-голяма, но наскоро беше прехвърлена в категорията планети джуджета, „повишени в ранг“).
g Vesta=0,22 m/s2.
Всички масивни тела ще станат 45 пъти по-леки. При такава малка гравитация всяка работа на повърхността ще се превърне в проблем. Небрежен шут или скок веднага ще изхвърли астронавта няколко десетки метра нагоре. Какво можем да кажем за плановете за добив на минерали на астероиди. Багер или сондажна платформа ще трябва буквално да бъдат вързани към тези космически скали.
А сега другата крайност. Представете си, че сте на повърхността на неутронна звезда (тяло с маса на слънцето, докато има диаметър около 15 km). Така че, ако по някакъв неразбираем начин астронавтът не умре от извънмащабното излъчване на всички възможни диапазони, тогава пред очите му ще се появи следната картина:
g n.stars=6, 67∙10-11∙1, 9885 1030/ 75002=2 357 919 111 111 m/s2.
Монета с тегло 1 грам ще тежи 240 хиляди тона на повърхността на този уникален космически обект.
