Сила притяжения Земли — Libtime

1. Главная
2. Природа
3. Сила притяжения Земли

Елена Голец18 Ноябрь 2015 23677

Мы живем на Земле, мы перемещаемся по ее поверхности, как по краю какого-то скалистого утеса, который возвышается над бездонной пропастью. Мы держимся на этом краю пропасти только благодаря тому, что на нас действует сила притяжения Земли; мы не падаем с земной поверхности только потому, что имеем, как говорят, какую-то определенную весомость.

Мы мгновенно слетели бы с этого «утеса» и стремительно полетели бы в бездну пространства, если бы вдруг перестала действовать сила тяжести нашей планеты. Мы бесконечно долго носились бы в бездне мирового пространства, не зная ни верха, ни низа.

Передвижение по Земле

Своим передвижением по Земле мы тоже обязаны наличию силы тяжести. Мы ходим по Земле и непрестанно преодолеваем сопротивление этой силы, ощущая ее действие, как некоторый тяжелый груз на своих ногах.

Этот «груз» особенно дает себя знать при подъеме в гору, когда приходится волочить его, словно какие-то тяжелые гири, привешенные к ногам. Он не менее резко сказывается и при спуске с горы, вынуждая нас ускорять шаги. Преодоление силы тяжести при передвижении по Земле

Эти направления – «верх» и «низ» – указывает нам только сила тяжести. Во всех точках земной поверхности она направлена почти к центру Земли. Поэтому, понятия «низ» и «верх» будут диаметрально противоположными для так называемых антиподов, т. е. людей, обитающих на диаметрально противоположных частях поверхности Земли.

Например, то направление, которое для живущих в Москве, показывает «низ», для жителей Огненной Земли показывает «верх». Направления, показывающие «низ» для людей, находящихся на полюсе и на экваторе, составляют прямой угол; они перпендикулярны между собой.

Вне Земли, при удалении от нее, сила тяжести уменьшается, так как уменьшается сила притяжения (сила притяжения Земли, как и всякого другого мирового тела, распространяется в пространстве неограниченно далеко) и увеличивается центробежная сила, которая уменьшает силу тяжести. Следовательно, чем выше мы будем поднимать какой-нибудь груз, например, на воздушном шаре, тем меньше будет весить этот груз.

Центробежная сила Земли

Вследствие суточного вращения возникает центробежная сила Земли. Эта сила всюду на поверхности Земли действует в направлении, перпендикулярном к земной оси и в сторону от нее.

Центробежная сила невелика по сравнению с силой притяжения. На экваторе она достигает наибольшей величины. Но и здесь, согласно вычислениям Ньютона, центробежная сила составляет только 1/289 долю силы притяжения. Чем дальше к северу от экватора, тем меньше центробежная сила. На самом полюсе она равна нулю. Действие центробежной силы Земли

На некоторой высоте центробежная сила возрастет настолько, что она будет равна силе притяжения, и сила тяжести сделается сначала равной нулю, а затем, с увеличением расстояния от Земли, примет отрицательное значение и будет непрерывно возрастать, будучи направлена в противоположную сторону по отношению к Земле.

Сила тяжести

Равнодействующая силы притяжения Земли и центробежной силы называется силой тяжести. Сила тяжести во всех точках земной поверхности была бы одинакова, если бы наша Земля имела форму совершенно точного и правильного шара, если бы ее масса всюду была одинаковой плотности и, наконец, если не было бы суточного вращения вокруг оси.

Но, так как наша Земля не является правильным шаром, не состоит во всех своих частях из пород одинаковой плотности и все время вращается, то, следовательно, сила тяжести в каждой точке земной поверхности несколько различна. Стало быть, в каждой точке земной поверхности величина силы тяжести зависит от величины центробежной силы, уменьшающей силу притяжения, от плотности земных пород и расстояния от центра Земли.

Чем больше это расстояние, тем меньше сила тяжести. Радиусы Земли, которые одним своим концом как бы упираются в земной экватор, – самые большие. Радиусы, имеющие своим концом точку Северного или Южного полюса, – наименьшие. Поэтому все тела на экваторе имеют меньшую тяжесть (меньший вес), чем на полюсе. Известно, что на полюсе сила тяжести больше, чем на экваторе, на 1/289 долю.

Эту разность тяжести одних и тех же тел на экваторе и на полюсе можно узнать при их взвешивании с помощью пружинных весов. Если же мы будем взвешивать тела на весах с гирями, то этой разности мы не заметим. Весы будут показывать один и тот же вес, как на полюсе, так и на экваторе; гири, как и тела, которые взвешиваются, тоже, конечно, изменятся в весе. Пружинные весы как способ измерения силы тяжести на экваторе и на полюсе

Допустим, что корабль с грузом весит в заполярных областях, вблизи полюса, около 289 тысяч тонн. По приходе в порты вблизи экватора корабль с грузом будет весить уже только около 288 тысяч тонн. Таким образом, на экваторе корабль потерял в весе около тысячи тонн.

Все тела держатся на земной поверхности только благодаря тому, что на них действует сила тяжести. Утром, вставая с кровати, вы в состоянии спустить ноги на пол только потому, что эта сила тянет их вниз.

Сила тяжести внутри Земли

Посмотрим, как изменяется сила тяжести внутри Земли. С углублением внутрь Земли сила тяжести непрерывно увеличивается вплоть до некоторой глубины. На глубине около тысячи километров сила тяжести будет иметь максимальное (наибольшее) значение и увеличится по сравнению с ее средней величиной на земной поверхности (9,81 м/сек) приблизительно на пять процентов.

При дальнейшем углублении сила тяжести станет непрерывно уменьшаться и в центре Земли будет равна нулю.

Предположения относительно вращения Земли

Наша Земля вращаясь делает полный оборот вокруг своей оси в 24 часа. Центробежная сила, как известно, возрастает пропорционально квадрату угловой скорости. Следовательно, если Земля ускорит свое вращение вокруг оси в 17 раз, то центробежная сила увеличится в 17 раз в квадрате, т. е. в 289 раз.

В обычных условиях, как уже сказано выше, центробежная сила на экваторе составляет 1/289 долю силы притяжения.  При увеличении вращательного движения Земли в 17 раз сила притяжения и центробежная сила делаются равными. Сила тяжести – равнодействующая этих двух сил – при подобном увеличении скорости осевого вращения Земли будет равна нулю. Значение центробежной силы при вращении Земли

Эта скорость вращения Земли вокруг оси называется критической, так как при такой скорости вращения нашей планеты все тела на экваторе потеряли бы свою тяжесть. Продолжительность суток в этом критическом случае будет составлять приблизительно 1 час 25 минут.

При дальнейшем ускорении вращения Земли все тела (прежде всего на экваторе) сначала потеряют свою весомость, а затем будут отброшены центробежной силой в пространство, а сама Земля этой же силой будет разорвана на части.

Заключение наше было бы правильным, если бы Земля представляла собой абсолютно твердое тело и при ускорении своего вращательного движения не изменила бы своей формы, другими словами, если бы радиус земного экватора сохранил свою величину.

Но известно, что при ускорении вращения Земли поверхность ее должна будет претерпеть некоторую деформацию: она станет сжиматься в направлении полюсов и расширяться в направлении экватора; она будет принимать все более и более приплюснутый вид. Длина радиуса земного экватора при этом начнет возрастать и этим увеличивать центробежную силу.

Таким образом, тела на экваторе потеряют свою тяжесть раньше, чем скорость вращения Земли увеличится в 17 раз, и катастрофа с Землей наступит раньше, чем сутки сократят свою продолжительность до 1 часа 25 минут. Иначе говоря, критическая скорость вращения Земли будет несколько меньше, а предельная длина суток несколько больше.

Представьте себе мысленно, что скорость вращения Земли вследствие каких-то неизвестных причин приблизится к критической. Что тогда станет с земными обитателями? Прежде всего, всюду на Земле сутки будут составлять, например, около двух-трех часов. День и ночь будут сменяться калейдоскопически быстро.

Солнце, как в планетарии, очень быстро будет перемещаться по небу, и едва вы успеете проснуться и умыться, как оно уже скроется за горизонтом, и на смену ему наступит ночь. Люди перестанут точно ориентироваться во времени. Никто не будет знать, которое сейчас число месяца и какой день недели. Нормальная человеческая жизнь будет дезорганизована.

Маятниковые часы замедлят свой ход, а затем всюду остановятся. Они ведь ходят потому, что на них действует сила тяжести. Ведь и в нашем быту, когда «ходики» начинают отставать или спешить, то необходимо укорачивать или удлинять их маятник, а то еще и подвешивать к маятнику какой-нибудь дополнительный груз. Тела на экваторе будут терять свою весомость.

В этих воображаемых условиях легко можно будет поднимать очень тяжелые тела. Не составит особого труда взвалить на плечи лошадь, слона или поднять даже целый дом. Птицы потеряют возможность приземляться. Вот кружится над корытом с водой стая воробьев. Они громко чирикают, но не в состоянии спуститься. Брошенная им горсть зерна повисла бы над Землей отдельными зернинками.

Пусть, далее, скорость вращения Земли все более и более приближается к критической. Наша планета сильно деформируется и принимает все более приплюснутый вид. Она уподобляется быстро вращающейся карусели и грозит вот-вот сбросить с себя своих обитателей. Реки тогда перестанут течь. Они будут представлять собой длинные стоячие болота.

Громадные океанские корабли будут еле касаться своими днищами водной глади, подводные лодки не в состоянии будут погрузиться в глубины моря, рыбы и морские животные будут плавать по поверхности морей и океанов, они уже не смогут скрыться в морской пучине. Моряки уже не смогут бросить якорь, они перестанут владеть рулями своих судов, большие и малые корабли будут стоять неподвижно.

Вот еще одна воображаемая картина. Пассажирский железнодорожный поезд стоит у вокзала. Свисток уже дан; поезд должен отойти. Машинист принял все зависящие от него меры. Кочегар щедро бросает в топку уголь. Крупные искры летят из трубы паровоза. Колеса отчаянно вертятся. Но паровоз стоит неподвижно. Его колеса не касаются рельс, и нет трения между ними.  

Настанет момент, когда люди не будут иметь возможности спуститься на пол; они прилипнут, как мухи, к потолку. Пусть скорость вращения Земли все увеличивается. Центробежная сила все более превосходит по своей величине силу притяжения… Тогда люди, животные, предметы домашнего обихода, дома, все находящиеся на Земле предметы, весь животный ее мир будут отброшены в мировое пространство.

От Земли отделится Австралийский материк и колоссальной черной тучей повиснет в пространстве. В глубь безмолвной бездны, прочь от Земли, полетит Африка. В громадное количество сферических капель превратятся воды Индийского океана и тоже полетят в беспредельные дали.

Средиземное море, не успев еще превратиться в гигантские скопления капель, всей своей толщей воды отделится от днища, по которому свободно можно будет пройти от Неаполя до Алжира. Наконец, скорость вращения настолько увеличится, центробежная сила настолько возрастет, что вся Земля разорвется на части. Однако и этого случиться не может.

Скорость вращения Земли, как мы уже говорили выше, не возрастает, а наоборот, даже немного убывает, – правда, настолько мало, что, как мы уже знаем, за 50 тысяч лет продолжительность суток увеличивается всего только на одну секунду. Иначе говоря, Земля теперь вращается с такой скоростью, которая необходима, чтобы под теплотворными, живительными лучами Солнца многие тысячелетия процветал животный и растительный мир нашей планеты.

Значение трения

Посмотрим теперь, какое значение имеет трение и что было бы, если бы оно отсутствовало. Трение, как известно, вредно отражается на нашей одежде: у пальто раньше всего изнашиваются рукава, а у ботинок подошвы, так как рукава и подошвы больше всего подвержены действию трения.

Но вообразите себе на минуту, что поверхность нашей планеты была как бы хорошо отполированная, совершенно гладкая, и возможность трения была бы исключена. Могли ли бы мы ходить по такой поверхности? Конечно, нет. Всем известно, что даже по льду и по натертому полу идти очень трудно и приходится остерегаться, чтобы не упасть. А ведь поверхность льда и натертого пола все же обладает некоторым трением. Сила трения на льду

Если бы на поверхности Земли исчезла сила трения, то на нашей планете вечно царил бы неописуемый хаос. Если не будет никакого трения, то будет вечно бушевать море и никогда не утихнет буря. Песчаные смерчи не перестанут висеть над Землей, и постоянно будет дуть ветер. Мелодичные звуки рояля, скрипки и страшный рев хищных зверей смешаются и без конца будут распространяться в воздухе.

При отсутствии трения тело, пришедшее в движение, никогда бы не остановилось. По абсолютно гладкой земной поверхности вечно перемешались бы в самых разнообразных направлениях различные тела и предметы. Смешон и трагичен был бы мир Земли, если бы не существовало трения и притяжения Земли.

Рейтинг: 4,2/5 — 9 голосов

При движении вглубь Земли сила притяжения или увеличивается, или не меняется

Как изменяется сила притяжения при отдалении от Земли? Согласно закону всемирного тяготения она снижается, становясь бесконечно малой на бесконечно большом расстоянии.

А что будет происходить с тяготением, если двигаться вглубь Земли? Обычно считается, что в этом случае сила тяжести будет либо расти, либо оставаться неизменной. Но это неверно: с глубиной земное притяжение только падает, а в центре нашей планеты царит невесомость.

Этот вывод очевиден, если провести простой мысленный эксперимент. Пусть к центру Земли прорыт колодец, в кото­рый опускается пробное тело — например, пружинные весы с подвешенной к ним гирькой. Как будут вести себя весы во время опускания их под поверхность планеты? Мы заме­тим, что гирька будет становиться легче. Почему так проис­ходит? Все просто и вполне соответствует закону всемирного тяготения. Однако здесь необходимо сделать небольшое от­ступление.

При расчете силы притяжения между двумя телами берутся два параметра — массы этих тел и расстояние между ними. Вроде бы все просто, однако не нужно забывать, что расстояние отсчитывается от центров тяжести тел: то есть если необхо­димо найти силу, с которой Земля притягивает движущийся на высоте в 500 км спутник, то за расстояние берется не эта высота, а 6871 км: средний радиус Земли 6371 км плюс 500 км до спутника.

При таких расстояниях сам спутник можно рассма­тривать как точку и расстояние до его центра тяжести можно не учитывать.

При погружении под Землю расчет силы притяжения про­исходит уже не так, ведь теперь наши весы с гирей со всех сторон окружены недрами планеты. А любая материя созда­ет гравитационное поле, значит, груз на пружине да и сама пружина будет притягиваться как центром Земли, так и ее веществом, находящимся с боков и сверху. Это обстоятель­ство нередко упускается из виду, отчего случаются забавные ситуации. В частности, иногда можно слышать о присутствии в центре нашей планеты бесконечно большой силы тяжести. Объясняется это просто: когда тело находится в центре Зем­ли, то расстояние становится равным нулю, а ноль в формуле закона всемирного тяготения приводит к так называемой

сингулярности, или, проще говоря, бесконечно большому притяжению.Однако это в корне неверно. Во-первых, в данном рассужде­нии неправильно описано, как Земля притягивает прогружен­ные в нее тела. А во-вторых, расстояние между центрами тел не может быть нулевым — оно может стремиться к бесконечно малым величинам, но никогда не обратится в ноль.

Для расчета гравитации внутри нашей планеты придется раз­бить ее недра на очень маленькие кусочки, каждый из которых притягивает наше пробное тело. При приближении к центру Земли количество этих микроскопических тяготеющих масс над весами с гирей становится все больше и в какой-то момент срав­нивается с количеством таких же масс под весами. Понятно, что это случится в самом центре планеты — здесь наступит состоя­ние невесомости, так как все вещество Земли, окружающее весы и гирю, будет оказывать одинаковое притяжение во все стороны. Таким образом, силы тяготения скомпенсируют друг друга, а наше пробное тело, проделав путь в 6371 км, станет невесомым.

Лишним подтверждением этому факту служит строгое математическое доказательство

отсутствия притяжения вну­три сферы. Легко рассчитывается, что в самом центре сферы (полого шара) наблюдается состояние невесомости — тяготе­ние от ее противоположных стенок полностью уравновеши­вает друг друга.

Поэтому и внутри Земли должно наблюдаться такое же явле­ние. Однако все эти расчеты верны, если принять нашу планету за идеальный шар, вещество которого имеет одинаковую плот­ность во всем объеме. На деле же это не так — в земной коре имеются уплотнения и пустоты, да и ее мантия, скорее всего, тоже

не везде однородна. Согласно последним научным данным, зем­ное ядро, состоящее из расплавленного железа,

не симметрично и пребывает в постоянном движении. Все это приводит к тому, что невесомость должна наблюдаться не в геометрическом цен­тре Земли, а где-то в стороне от него, там, где находится центр тяжести нашей планеты.

Предыдущая статья: Зачем революционеры штурмовали Бастилию ? Следующая статья: Эволюция — это движение от худшего к лучшему

Что такое гравитационная волна?

Краткий ответ:

Гравитационная волна — это невидимая (но невероятно быстрая) рябь в пространстве.

Гравитационные волны распространяются со скоростью света (186 000 миль в секунду). Эти волны сжимают и растягивают все на своем пути, проходя мимо.

Гравитационная волна — это невидимая (но невероятно быстрая) рябь в пространстве.

Мы давно знаем о гравитационных волнах. Более 100 лет назад великий ученый по имени Альберт Эйнштейн выдвинул множество идей о гравитации и космосе.

Альберт Эйнштейн, официальная фотография лауреата Нобелевской премии по физике 1921 года.

Эйнштейн предсказал, что когда два тела — планеты или звезды — вращаются вокруг друг друга, происходит что-то особенное. Он считал, что такое движение может вызвать рябь в пространстве. Эта рябь будет распространяться, как рябь в пруду, когда в него бросают камень. Ученые называют эту рябь пространства

гравитационными волнами .

Гравитационные волны невидимы. Однако они невероятно быстры. Они путешествуют со скоростью света (186 000 миль в секунду). Гравитационные волны сжимают и растягивают все на своем пути, проходя мимо.

Иллюстрация того, как масса искривляет пространство. Предоставлено: НАСА

Что вызывает гравитационные волны?

Самые мощные гравитационные волны создаются, когда объекты движутся с очень высокой скоростью. Некоторые примеры событий, которые могут вызвать гравитационную волну:

• когда звезда взрывается асимметрично (называется сверхновой)
• когда две большие звезды вращаются вокруг друг друга
• когда две черные дыры вращаются вокруг друг друга и сливаются

Художественная анимация гравитационных волн, возникающих в результате слияния двух черных дыр. Кредит: ЛИГО/Т. Пайл

Но эти типы объектов, которые создают гравитационные волны, находятся далеко.

А иногда эти события вызывают лишь небольшие слабые гравитационные волны. Затем волны становятся очень слабыми к тому времени, когда они достигают Земли. Это затрудняет обнаружение гравитационных волн.

Откуда мы знаем, что гравитационные волны существуют?

В 2015 году ученые впервые обнаружили гравитационные волны. Они использовали очень чувствительный инструмент под названием LIGO (лазерный интерферометр гравитационно-волновой обсерватории). Эти первые гравитационные волны возникли, когда две черные дыры столкнулись друг с другом. Столкновение произошло 1,3 миллиарда лет назад. Но рябь не доходила до Земли до 2015 года!

LIGO состоит из двух обсерваторий: одной в Луизиане и одной в Вашингтоне (вверху). У каждой обсерватории есть два длинных «рука», длина каждого из которых превышает 2 мили (4 километра). Предоставлено: Калифорнийский технологический институт/MIT/LIGO Lab 9.0005

Эйнштейн был прав!

Первое обнаружение гравитационных волн было очень важным событием в науке. До этого почти все, что мы знали о Вселенной, было получено из изучения световых волн. Теперь у нас есть новый способ познания Вселенной — изучение гравитационных волн.

Гравитационные волны помогут нам узнать много нового о нашей Вселенной. Мы также можем узнать больше о самой гравитации!

Связанные ресурсы для преподавателей

Моделирование гравитационных волн
Погружение в гравитационные волны

Если вам это понравилось, вам может понравиться:

Что такое барицентр?

Охота за планетой Люси . . .

Что такое гравитация?

Изменение гравитации Земли | EarthDate

Карты гравитационных аномалий геоида Земли показывают, чем реальное гравитационное поле Земли отличается от гравитационного поля однородной, лишенной особенностей поверхности Земли. Области с большей массой окрашены в красный цвет, а области с меньшей массой — в темно-синий. Авторы и права: НАСА

Есть одна земная система, которая постоянно влияет на нашу жизнь, но мы почти не задумываемся о ней. То есть до тех пор, пока нам не исполнится 50 лет и мы не столкнемся с доказательствами. Я говорю, конечно, о гравитации.

Работая против него, мы держим наши мышцы в тонусе, а остальные из нас… не в таком тонусе. Но это помогает нам стоять прямо, удерживает воду в наших стаканах и в океанах. На самом деле Земля, какой мы ее знаем, не могла бы существовать без гравитации.

Все объекты оказывают гравитационное притяжение на другие объекты. Сила этого притяжения определяется размером и плотностью объекта.

Солнце обладает большей силой притяжения, чем Земля, которая удерживает Землю на орбите вокруг себя. У Луны меньше, чем у Земли, и поэтому она вращается вокруг нас, но все же имеет достаточную гравитацию, чтобы притягивать земную воду, вызывая приливы.

Если бы Земля имела гладкую поверхность и была бы одинаковой плотности во всех местах, гравитация была бы везде одинаковой. Но это не то.

Если вы стоите рядом с горой и держите на веревке свинцовый груз, он не будет висеть идеально прямо, а будет слегка притягиваться к горе. Недостаточно, чтобы вы заметили, но можно измерить чувствительным прибором.

Горные хребты в целом имеют более сильное гравитационное притяжение, чем, скажем, океаны, поскольку скала плотнее воды. Именно разная плотность в разных местах на Земле вызывает изменение гравитации Земли.

Мы исследуем удивительные вещи, которые раскрывает изменение гравитации в будущем EarthDate.

Описание: Земное притяжение действует повсюду, и все, что имеет массу, оказывает гравитационное притяжение на все остальное. Материалы с различной плотностью на поверхности Земли и в ее недрах влияют на гравитационное притяжение Земли — горы фактически притягивают к себе отвесы из-за их большой массы по сравнению с окружающим воздухом.

• Гравитация невидима, и она повсюду. Сила земного притяжения притягивает нас к центру земной массы и удерживает нас в вертикальном положении, независимо от того, где мы находимся на земном шаре.
  • Гравитация удерживает воду в наших стаканах для питья и еду на наших тарелках.
  • Заставляет яблоки падать на землю.
  • Гравитация Луны притягивает воду Земли, вызывая приливы.
  • Гравитация Солнца удерживает Землю на своей орбите.
• Каждый объект с массой оказывает гравитационное притяжение на любую другую массу, и по мере увеличения массы объекта увеличивается его гравитационное притяжение.
  • Более плотные объекты обладают большей концентрацией массы, что создает большее гравитационное притяжение, чем объект того же размера с меньшей плотностью, т. е. кубический фут твердой породы будет оказывать большее притяжение на окружающую среду, чем кубический фут твердой породы. океан.
  • Если вы стоите рядом с горой и держите отвес, гора будет оказывать на вас гравитационное притяжение, поэтому отвес слегка отклонится к ней.
  • Люди не чувствуют незначительных различий в гравитационном притяжении, но наши чувствительные инструменты чувствуют.