Die Schwerkraft ist eine ziemlich beeindruckende Grundkraft. Wäre da nicht das komfortable 1 . der Erdeg, wodurch Objekte mit einer Geschwindigkeit von 9,8 m/s² auf die Erde fallen, würden wir alle in den Weltraum schweben. Und ohne sie würden wir alle terrestrischen Spezies langsam verkümmern und sterben, da unsere Muskeln degenerierten, unsere Knochen brüchig und schwach wurden und unsere Organe nicht mehr richtig funktionierten.
Man kann also ohne Übertreibung sagen, dass die Schwerkraft nicht nur eine Tatsache des Lebens hier auf der Erde ist, sondern eine Voraussetzung dafür ist. Da der Mensch jedoch darauf bedacht zu sein scheint, diesen Felsen zu verlassen – um sozusagen den „mürrischen Fesseln der Erde“ zu entkommen – ist es notwendig, die Schwerkraft der Erde zu verstehen und zu verstehen, was es braucht, um ihr zu entkommen. Wie stark ist die Schwerkraft der Erde?
Definition:
Schwerkraft ist ein Naturphänomen, bei dem alle Dinge, die Masse besitzen, aufeinander zu gebracht werden – also Asteroiden, Planeten, Sterne, Galaxien, Superhaufen usw. Je mehr Masse ein Objekt hat, desto mehr Schwerkraft übt es aus auf Gegenständen um ihn herum. Die Anziehungskraft eines Objekts ist auch entfernungsabhängig – d. h. die Kraft, die sie auf ein Objekt ausübt, nimmt mit zunehmender Entfernung ab.
Künstlerische Darstellung des Einflusses der Erdanziehungskraft auf die Raumzeit. Bildnachweis: NASA
Die Schwerkraft ist auch eine der vier fundamentalen Kräfte, die alle Wechselwirkungen in der Natur bestimmen (zusammen mit schwacher Kernkraft, starker Kernkraft und Elektromagnetismus). Von diesen Kräften ist die Schwerkraft mit etwa 10 . die schwächste38mal schwächer als die starke Kernkraft, 1036mal schwächer als die elektromagnetische Kraft und 1029mal schwächer als die schwache Kernkraft.
Infolgedessen hat die Schwerkraft einen vernachlässigbaren Einfluss auf Materie auf kleinsten Skalen (d. h. subatomaren Teilchen). Auf der makroskopischen Ebene – der von Planeten, Sternen, Galaxien usw. – ist jedoch die Schwerkraft die dominierende Kraft, die die Wechselwirkungen der Materie beeinflusst. Es verursacht die Bildung, Form und Flugbahn astronomischer Körper und regelt das astronomische Verhalten. Es spielte auch eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des frühen Universums.
Es war dafür verantwortlich, dass Materie zusammenklumpte, um Gaswolken zu bilden, die einem Gravitationskollaps unterzogen wurden und die ersten Sterne bildeten – die dann zusammengezogen wurden, um die ersten Galaxien zu bilden. Und innerhalb einzelner Sternensysteme verursachte es die Verschmelzung von Staub und Gas, um die Planeten zu bilden. Es regelt auch die Umlaufbahnen von Planeten um Sterne, von Monden um Planeten, die Rotation von Sternen um das Zentrum ihrer Galaxie und die Verschmelzung von Galaxien.
Universelle Gravitation und Relativität:
Da Energie und Masse gleichwertig sind, verursachen alle Energieformen, einschließlich Licht, auch Gravitation und stehen unter ihrem Einfluss. Dies steht im Einklang mit Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie , das nach wie vor das beste Mittel ist, um das Verhalten der Schwerkraft zu beschreiben. Nach dieser Theorie ist die Gravitation keine Kraft, sondern eine Folge der Krümmung der Raumzeit, die durch die ungleichmäßige Verteilung von Masse/Energie verursacht wird.
Künstlerische Darstellung des Frame-Dragging-Effekts, bei dem Raum und Zeit um einen massiven Körper gezogen werden. Bildnachweis: einstein.stanford.edu
Das extremste Beispiel für diese Krümmung der Raumzeit ist ein Schwarzes Loch, aus dem nichts entkommen kann. Schwarze Löcher sind normalerweise das Produkt eines supermassiven Sterns, der zur Supernova geworden ist und einen weißen Zwerg zurücklässt, der so viel Masse hat, dass seine Fluchtgeschwindigkeit größer als die Lichtgeschwindigkeit ist. Eine Zunahme der Schwerkraft führt auch zu einer gravitativen Zeitdilatation, bei der die Zeit langsamer vergeht.
Für die meisten Anwendungen lässt sich die Schwerkraft jedoch am besten erklären durch Newtons Gesetz der universellen Gravitation , die besagt, dass die Schwerkraft als Anziehung zwischen zwei Körpern existiert. Die Stärke dieser Anziehung kann mathematisch berechnet werden, wobei die Anziehungskraft direkt proportional zum Produkt ihrer Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist.
Schwerkraft der Erde:
Auf der Erde verleiht die Schwerkraft physischen Objekten Gewicht und verursacht die Gezeiten des Ozeans. Die Schwerkraft der Erde ist das Ergebnis der Masse und Dichte des Planeten – 5.97237 × 1024kg (1,31668×10 .)25lbs) und 5,514 g/cm²3, bzw. Dies führt dazu, dass die Erde nahe der Oberfläche eine Gravitationsstärke von 9,8 m/s² (auch bekannt als 1g), die natürlich abnimmt, je weiter man von der Oberfläche entfernt ist.
Darüber hinaus ändert sich die Schwerkraft auf der Erde tatsächlich, je nachdem, wo Sie auf ihr stehen. Der erste Grund ist, dass sich die Erde dreht. Dies bedeutet, dass die Erdanziehungskraft am Äquator 9,789 m/s . beträgt2, während die Schwerkraft an den Polen 9,832 m/s . beträgt2. Mit anderen Worten, man wiegt aufgrund dieser Zentripetalkraft an den Polen mehr als am Äquator, aber nur geringfügig mehr.
Die Internationale Raumstation (ISS), hier von einer abgedockten Besatzungsmission mit der Erde im Hintergrund. Bildnachweis: NASA
Schließlich kann sich die Schwerkraft ändern, je nachdem, was sich unter der Erde unter Ihnen befindet. Höhere Massenkonzentrationen wie Gesteine mit hoher Dichte oder Mineralien können die Schwerkraft verändern, die Sie spüren. Aber natürlich ist diese Menge zu gering, um wahrnehmbar zu sein. NASA-Missionen haben das Schwerefeld der Erde kartiert mit unglaublicher Genauigkeit und zeigt je nach Standort Variationen in seiner Stärke an.
Die Schwerkraft nimmt auch mit der Höhe ab, da Sie weiter vom Erdmittelpunkt entfernt sind. Die Abnahme der Kraft beim Besteigen eines Berges ist ziemlich minimal (0,28% weniger Schwerkraft auf dem Gipfel des Mount Everest), aber wenn Sie hoch genug sind, um den Internationale Raumstation (ISS) würden Sie 90 % der Schwerkraft erfahren, die Sie an der Oberfläche spüren würden.
Da sich die Station jedoch im freien Fall (und auch im Vakuum des Weltraums) befindet, können Objekte und Astronauten an Bord der ISS herumschweben. Da alles an Bord der Station mit der gleichen Geschwindigkeit in Richtung Erde fällt, haben diejenigen an Bord der ISS im Grunde das Gefühl, schwerelos zu sein – obwohl sie immer noch etwa 90% des Gewichtes auf der Erdoberfläche wiegen.
Die Schwerkraft der Erde ist auch dafür verantwortlich, dass unser Planet eine „ Fluchtgeschwindigkeit ” von 11,186 km/s (oder 6,951 mi/s). Im Wesentlichen bedeutet dies, dass eine Rakete diese Geschwindigkeit erreichen muss, bevor sie hoffen kann, sich von der Erdanziehung zu befreien und den Weltraum zu erreichen. Und bei den meisten Raketenstarts wird der Großteil ihres Schubs allein dieser Aufgabe gewidmet.
Wegen des Unterschieds zwischen der Erdanziehungskraft und der Anziehungskraft auf andere Körper – wie den Mond (1,62 m/s²; 0,1654 .)g) und Mars (3,711 m/s²; 0,376 g) – Wissenschaftler sind sich nicht sicher, welche Auswirkungen dies auf Astronauten haben würde, die auf Langzeitmissionen zu diesen Körpern gingen.
Während Studien gezeigt haben, dass Langzeitmissionen in der Mikrogravitation (d. h. auf der ISS) eine schädliche Wirkung auf die Gesundheit der Astronauten (einschließlich Verlust der Knochendichte, Muskeldegeneration, Schädigung von Organen und Sehvermögen ) wurden keine Studien zu den Auswirkungen von Umgebungen mit geringerer Schwerkraft durchgeführt. Aber angesichts der zahlreichen Vorschläge, zum Mond zurückzukehren, und der von der NASA vorgeschlagenen „ Reise zum Mars “, diese Informationen sollten in Kürze folgen!
Als irdische Wesen werden wir Menschen von der Schwerkraft der Erde gesegnet und verflucht. Auf der einen Seite wird es ziemlich schwierig und teuer, ins All zu kommen. Auf der anderen Seite sichert es unsere Gesundheit, da unsere Spezies das Produkt einer Jahrmilliardenjährigen Artenevolution ist, die in einem 1gUmgebung.
Wenn wir jemals hoffen, eine wirklich weltraumfahrende und interplanetare Spezies zu werden, sollten wir besser herausfinden, wie wir mit Mikrogravitation und geringerer Schwerkraft umgehen. Sonst wird wahrscheinlich keiner von uns für lange Zeit die Welt verlassen!
Wir haben viele Artikel über die Erde für Universe Today geschrieben. Hier ist Woher kommt die Schwerkraft? , Wer hat die Schwerkraft entdeckt? , Warum ist die Erde rund? , Warum stiehlt die Sonne den Mond nicht? , Könnten wir künstliche Schwerkraft herstellen? , und Die „Potsdam Gravity Potato“ zeigt Variationen der Erdschwere.
Möchten Sie mehr Ressourcen auf der Erde? Hier ist ein Link zu Seite der bemannten Raumfahrt der NASA , und hier ist Sichtbare Erde der NASA .
Wir haben auch eine Episode von Astronomy Cast about Earth als Teil unserer Tour durch das Sonnensystem aufgenommen – Folge 51: Erde , und Folge 318: Fluchtgeschwindigkeit .
Quellen:
