Gravitácia - astronomická škatuľa
Uverejnila Denise. Publikované v Nebeskej mechanike
Gravitácia
Gravitácia sa tiež nazýva gravitácia alebo, vo vzťahu k zemi, gravitácia.
Je to veľmi zvláštna sila. Dodnes nie je úplne jasné, ako to v skutočnosti funguje. Vieme však to, že telá sa navzájom lákajú. Aké silné závisí od ich hmotnosti a vzdialenosti medzi nimi. Čím sú bližšie, tým viac lákajú.
Ak je jedno telo oveľa ťažšie ako druhé, tiež na ňom tlačí oveľa viac. Tento efekt sme mohli zažiť v roku 1994, keď malá kométa Shoemaker-Levy prešla blízko k veľkému Jupiteru a bola ním tak priťahovaná, že sa ponorila do atmosféry Jupitera a zhorela.
Gravitácia Zeme spôsobuje, že sa všetko priťahuje smerom do stredu Zeme. Nezáleží teda na tom, či sme na zemi „hore“ v Európe alebo „dole“ v Austrálii - nikto zo zeme nespadne. Všetky sú nakreslené smerom do stredu a držané. Neexistuje žiadna skutočná situácia hore a dole.
Na získanie niečoho, napríklad rakety, od zeme sú potrebné obrovské prítlačné sily, ktoré musia prekonať zemskú gravitáciu. Ak počas štartu zlyhá čo i len jeden motor rakety, nedostane sa do vesmíru. Vyletí to hore, ale potom sa zrúti v širokom oblúku.
Gravitácia tiež spôsobuje zakrivenie priestoru okolo tela. To je veľmi ťažké pochopiť a bolo to objavené iba asi pred 100 rokmi. Albert Einstein tento efekt vysvetlil vo svojej teórii relativity. Aby ste si to dokázali predstaviť, nájdite si látku, kameň alebo mramor a niekoho, kto sa môže pridať. Teraz látku pevne držte v štyroch rohoch a položte na ňu predmet.
Čo sa stane s látkou? Na mieste, kde je predmet, je teraz handrička prepichnutá. Takto si môžete predstaviť priestor okolo nebeského tela. Napríklad naše slnko má 98% celkovej hmotnosti slnečnej sústavy. Dosť to miestnosť zašliaplo.
Čierne diery sú ešte extrémnejšie. Vynorili sa z mimoriadne hmotných hviezd a vtisli priestor tak, že sa takpovediac vytvorí diera. Ak sa niečo dostane príliš blízko k čiernej diere, zapadne to a zmizne. Funguje to s hmotou a dokonca aj so svetlom! Z čiernej diery už nemôžu uniknúť ani lúče svetla. Preto je taký čierny - nevyžaruje žiadne svetlo.
Zakrivenie priestoru
Štvrtou dimenziou je čas. Môžeme sa však pohybovať iba jedným smerom, a to dopredu do budúcnosti.
Na obrázku vpravo vidno iba dva rozmery, dĺžku a šírku. Priestor je neviditeľný a nemá žiadne čiary, ale ak nad nimi premýšľame, vieme si lepšie predstaviť, ako ho bude maskovať.
Na obrázku vpravo nie je nič prehnuté alebo ohnuté, priestor nie je ovplyvnený žiadnou hmotou.
Nasledujúci obrázok ukazuje, ako je miestnosť zapustená. Telo svojou hmotou zakrivuje priestor okolo seba. Čím ťažšie je telo, tým väčšie je zakrivenie priestoru. Toto je zobrazené na príklade slnka.
Tento efekt má aj Zem, ale nie tak silno ako slnko, pretože má menšiu hmotnosť. Môžete si teda lepšie predstaviť, prečo menšie telo priťahuje veľké: Vracia sa do jamy vytvorenej prudkým slnkom.
Jediným dôvodom, prečo sa planéty nekotúľajú priamo na slnko a zhoria, je to, že iná sila pôsobí proti gravitácii alebo zakriveniu vesmíru: odstredivá sila.
Čím je planéta bližšie k slnku, tým silnejšie na ňu pôsobí jej gravitácia. Pre stabilnú obežnú dráhu je nevyhnutne zodpovedajúca vyššia rýchlosť. Preto sa Merkúr, planéta najbližšia k Slnku, pohybuje okolo Slnka najvyššou rýchlosťou zo všetkých planét. Má priemernú rýchlosť neskutočných 172 000 km/h! Napríklad je to viac ako dvakrát rýchlejšie ako planéta Mars pri rýchlosti 86 760 km/h.
To, ako rýchlo sa pohybujú všetky planéty, ukazuje tabuľka planét. Keby bol Merkúr pomalší, dostával by sa po špirálovej dráhe bližšie a bližšie k slnku a v určitom okamihu by sa ponoril do svojej atmosféry a spálil by.
Ako funguje gravitácia?
Vďaka svojej gravitácii Slnko drží všetky planéty, asteroidy, kométy a čokoľvek iné, čo okolo bzučí a nenechá ich odletieť.
Odstredivá sila zasa zabraňuje tomu, aby planéty padali na slnko. Pôsobí proti gravitácii takým spôsobom, že obe sily sa navzájom rušia a telo sa pohybuje na obežnej dráhe okolo slnka.
Aj na Pluto, ktoré je od Slnka vzdialené viac ako 6 miliárd kilometrov, pôsobí gravitácia slnka. Telesá slnečnej sústavy sa teda pohybujú na dosť stabilných dráhach okolo slnka.
Nielen slnko, každé telo má príťažlivosť. Závisí to od jeho hmotnosti. Keďže slnko je najväčšie teleso (má asi 98% celkovej hmotnosti v slnečnej sústave), je jeho gravitácia tiež najväčšou a najvplyvnejšou.
Vidno to na príklade komét: krúžia okolo Slnka na predĺžených elipsách. Ich obežná dráha ich vedie cez slnečnú sústavu.
Občas sa dostanú veľmi ďaleko na slnko. Potom je cestovná rýchlosť tiež nižšia. Keď sa priblížia k slnku, budú čoraz rýchlejší. S veľkou hybnosťou krúžia okolo slnka a potom sa od neho opäť vzďaľujú a čoraz viac spomaľujú.
Rýchlosť nebeského telesa na jeho obežnej dráhe preto závisí od vzdialenosti k telu, ktoré obieha.
Na svojej ceste okolo slnka kométy míňajú aj planéty, ktoré sú oveľa väčšie ako oni. Ich obežná dráha je ovplyvnená gravitáciou planéty. V závislosti od vzdialenosti od planéty iba minimálne alebo veľmi vážne, ako sme to mohli pozorovať v roku 1994.
V tom čase sa kométa Shoemaker-Levy 9 priblížila príliš blízko k planéte Jupiter a bola roztrhaná jej gravitačným vplyvom a vyhodená z kurzu. Nakoniec fragmenty kométy narazili do plynného obra, kométa už neexistuje. Obrázok ukazuje ponorenie fragmentu G do oblakov Jupitera.
Zem tiež mení svoju rýchlosť na svojej ceste okolo slnka.
Keď je na severnej pologuli zima, Zem je blízko slnka a na svojej obežnej dráhe sa pohybuje o niečo rýchlejšie.
Potom má minimálnu vzdialenosť 147,1 milióna kilometrov od slnka a rýchlosť 109 044 km/h.
V lete naopak Zem dosahuje bod na svojej obežnej dráhe s najväčšou vzdialenosťou od slnka. Teraz je to 152,1 milióna kilometrov od slnka a pohybuje sa rýchlosťou 105 444 km/h pomalšie ako v zime.
To isté sa deje s Mesiacom, ktorý je ovplyvňovaný hlavne gravitáciou Zeme.
Aj na jeho obežnej dráhe nie je vždy rovnaká vzdialenosť.
Existuje okamih najbližšieho priblíženia (vzdialenosť zem - mesiac je potom 363 300 km) a okamih maximálnej vzdialenosti (405 500 km).
Podľa toho sa mení aj orbitálna rýchlosť Mesiaca. Pohybuje sa od 3873 km/h blízko Zeme a 3470 km/h od Zeme.
Bez ohľadu na to, kde na zemi sme, nespadneme z nej. Gravitačná sila vždy pracuje smerom do stredu Zeme. Navyše neexistuje žiadny „hore“ alebo „dole“.
Pohybujeme sa na guľovej ploche. Kamkoľvek ideme, máme zem pri nohách a nebo nad nami.
Či už v Európe, Afrike, Ázii, Amerike alebo Austrálii, gravitácia na nás vplýva rovnako všade. Ani nespadneme zo zeme, ani nikde nestojíme na hlave (okrem športu ...).
Ak chceme opustiť Zem, musíme prekonať gravitačné pôsobenie, ktoré nás „spája“ s našou planétou. To si vyžaduje protisilu, ktorá je väčšia ako gravitácia. Preto rakety vždy začínajú takým veľkým revom a ohromným výbuchom ohňa s množstvom pary.
Vesmírna raketa má najsilnejšie motory, aké existujú. Aby bolo možné vyvinúť dostatočný ťah, majú rakety na spodnom konci veľa dýz, z ktorých vychádzajú výfukové plyny motorov pod vysokým tlakom a tlačia raketu do protismeru, nahor.
Až keď raketa dosiahne požadovanú únikovú rýchlosť, natrvalo unikne gravitácii. Ak je trochu príliš pomalý, naštartuje sa a stúpa nahor, ale v určitom okamihu spadne späť k zemi.
Gravitácia na iných nebeských telách
Na Mesiaci
Mesiac je menší a ľahší ako Zem. Jeho príťažlivosť je teda menšia. Návštevníci Mesiaca to cítia, pretože môžu skákať vyššie a ďalej. To ste mohli vidieť na pohyboch amerických astronautov. Rozdiel medzi gravitáciami Zeme a Mesiaca je obrovský. Hmotnosť, ktorú vaša váha zobrazuje, jednoducho vydelíte šiestimi. Potom viete, aké „ťažké“ by ste boli na Mesiaci.
Na Marse
Gravitácia Marsu je iba tretinou zemskej gravitácie. Sme na Marse ľahší ako na Zemi (vydeľte našu váhu tromi!), Ale ťažší ako na Mesiaci. Návštevníci Marsu tam na svojich prechádzkach cítili rozdiel. Skoky sú jednoduchšie, predmety sa dajú hádzať ďalej ako na zem.
Na plynových planétach
Nemôžeme pristáť na plynných planétach, pretože ich pevný povrch je skrytý hlboko v hrubej vrstve atmosféry. Keby sme však mohli pristáť, nebavilo by nás to. Veľké plynové planéty majú obrovskú príťažlivú silu, ktorá by nás tlačila naplocho na zem, nemohli sme vstať. Ale ako som už povedal, návštevy tam nie sú možné. Okrem toho by nás stlačil tlak vzduchu v plynovej obálke.
Vo vesmírnej stanici
V vesmírnej stanici je beztiažový stav, gravitácia je takmer nulová. Napriek tomu je to vo sfére vplyvu gravitačného poľa Zeme. Ak sa vesmírna stanica zastavila, astronauti mohli cítiť miernu gravitáciu, ktorá ich ťahala k Zemi. Pretože Zem tiež zaťahuje vesmírnu stanicu a zrútila by sa, drží sa na obežnej dráhe. Tu odstredivá sila pôsobí proti gravitácii. Pretože sa obe sily navzájom rušia, na palube vládne beztiaž.
Čo znamená beztiažový stav pre ľudský organizmus, nájdete na stránke „Ľudia vo vesmíre“.
Na asteroidoch
Dalo by sa dokonca chodiť po asteroidoch, ktoré sú teraz dosť malé. Príťažlivosti tam je však veľmi málo. Boli by možné veľmi vysoké skoky. Musíte len dávať pozor, aby ste náhodou neodplávali preč, v závislosti od veľkosti asteroidu.
Ak chcete vyskúšať, čo by váhy ukázali na iných nebeských telesách, môžete použiť gravitačnú kalkulačku.