Гравитация земли чему равна
Гравитация Земли
Если бы не гравитация Земли, нас бы всех унесло в космос. Так что не паникуйте, когда я сообщу, что скорость вашего падения по мере приближения к Земле увеличивается до 9.8 м/сек2. К счастью, вас спасает то, что вы находитесь на поверхности планеты. Можете посмотреть на карту, где показана сила притяжения Земли.
Гравитация зависит от массы. Чем больше масса объекта, тем с большей силой гравитация влияет на объекты вокруг него. Сила притяжения Земли, которую вы испытываете при падении, зависит от расстояния. Так, сила притяжения, которую вы ощущаете на поверхности Земли значительно отличается от той, которую бы вы испытывали, находясь на расстоянии до Луны, или еще дальше. На поверхности планеты сила притяжения составляет 9,8 м/с2.
Гравитационная 3D модель Земли
С увеличением высоты сила земной гравитации уменьшается, так как увеличивается расстояние от центра Земли. При восхождении на гору она достигает минимального значения (на вершине Эвереста сила притяжения уменьшиться 0.28%), но если вы поднимитесь на высоту Международной космической станции, то сила притяжения составит 90 процентов.
Наконец, сила притяжения зависит от того, что находится под вами. Высокая плотность пород меняет силу гравитации, которую вы можете почувствовать, хотя ее величина очень незначительная. В НАСА уже вычислили силу гравитационного поля Земли с невероятной точностью.
Сегодня написано много статьей на тему Земли во Вселенной. Здесь вы можете ознакомиться с полной гравитационной картой нашей планеты.
Гравитация, или На чём держится мир
Гравитация — это сила, которая действует на каждого обитателя Земли, впрочем, как и на саму Землю. Утрируя, можно сказать, текущий вид Вселенной существует благодаря силе притяжения. А значит пора разобраться, что такое гравитация простыми словами.
Определение гравитации
Слово «гравитация» происходит от латинского gravitas — вес.
Гравитация — сила, с помощью которой планета или другое тело притягивает объекты к своему центру. Именно благодаря ей мы не улетаем в космос, всегда притягиваясь к Земле. Так и планеты Солнечной системы всегда испытывают притяжение звезды и остаются на своих местах.
Как работает гравитация
Сила притяжения зависит от массы объектов и расстояния межу ними. Все, что имеет массу, имеет и гравитацию. Объекты с большей массой имеют большую гравитацию. Она ослабевает с расстоянием, и чем ближе объекты друг к другу, тем сильнее их тяготение.
Исаак Ньютон был первым, кто математически описал гравитацию и то, что она одинаково действует на все объекты во Вселенной: от падающего яблока до планет, которые движутся вокруг звезды. Так и появился закон всемирного тяготения, которого придерживались веками.
Сила притяжения F между двумя материальными точками с массами 
и , разделёнными расстоянием , действует вдоль соединяющей их прямой, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния.
Здесь — гравитационная постоянная, равная 6,67408(31)·10 −11 м³/(кг·с²).
Кстати, падение яблока на голову Ньютона — это миф. Он действительно любил отдыхать под яблоней, и наблюдения за падающими яблоками натолкнуло его на мысль о всемирном тяготении. Но по голове Ньютона ничего не било.
Теория Ньютона объясняла гравитацию как некую силу. Но в последствии появилась теория Эйнштейна, в основе которой подход геометрический. Если простыми словами: крупные объекты искривляют пространство-время вокруг себя, а в это «искривление» попадают другие объекты.
Этот принцип хорошо показан в этом ролике:
Теория Энштейна — является действующей на сегодня.
Насколько важна гравитация?
Очень важна! Гравитация — это одна из сил фундаментальных взаимодействий, которым подчиняется всё, что есть во Вселенной. Вот эти взаимодействия:
Именно благодаря им мир такой, каким мы его знаем. Гравитация в этом списке является самым крупномасштабным, но одновременно и самым слабым взаимодействием, остальные — определяют взаимодействия на уровне частиц.
Как гравитация повлияла на Вселенную
Именно сила притяжение создает звезды и планеты, собирая вместе материал, из которого они сделаны. Гравитация — это то, что удерживает планеты на орбите вокруг Солнца и то, что удерживает Луну на орбите вокруг Земли.
Роль гравитации для землян
Те условия, в которых мы живём, были бы невозможны без неё. Она удерживает нашу планету на одинаковом расстоянии от Солнца, не позволяет атмосфере покинуть пределы Земли, как и всему, что находится на её поверхности. Гравитационное притяжение Луны притягивает к себе моря, вызывая приливы океана.
Луна и приливы на Земле
Гравитация очень важна для нас. Мы не могли бы жить на Земле без неё. Тяготение Солнца удерживает Землю на орбите вокруг него на постоянном комфортном для жизни расстоянии. Сила притяжения удерживает нашу атмосферу и воздух, которым мы дышим.
Гравитация — это то, что скрепляет наш мир.
Однако гравитация не везде одинакова на Земле. Она немного сильнее в местах с большей массой под землей, чем в местах с меньшей массой.
Есть ли гравитация у человека?
У каждого материального объекта есть своя сила притяжения, и человек не является исключением.
О выходе новых статей рассказываем в соцсетях
Земная гравитация
Определение земной гравитации
Гравитация – естественная сила, которая заставляет массивные вещи притягиваться, вроде астероидов, планет, скоплений и т.д. Чем больше масса, тем выше гравитационный показатель. Также он зависит от удаленности (уменьшается с отдалением). Можете посмотреть как выглядит сила гравитации Земли на рисунке.
Художественная интерпретация воздействия земной гравитации на пространство-время
Среди четырех фундаментальных сил гравитация выступает самой слабой. Поэтому ей отведена роль воздействия на наименьшие частички – субатомные. А вот в более крупных масштабах она влияет на взаимодействие материи и эволюционный процесс раннего пространства.
Именно гравитация несет ответственность за скопление материи и формирование газового облака, из которого появились первые звезды. Далее она притягивала осколки, создавая планеты и спутники.
Универсальная гравитация Земли и относительность
Энергия и масса соотносятся, поэтому все формы энергии также располагают гравитационной силой. Это отметилось и в общей теории относительности, которая лучше всего характеризует гравитацию. Это не сила, а следствие искривленности пространства и времени, созданное неравномерным распределением массы/энергии.
Художественная интерпретация эффекта перетаскивания, где пространство и время тянутся вокруг массивного объекта
Наиболее экстремальный пример искривленности представлен черной дырой. Это последствие падения сверхмассивной звезды, с которой ничего не может выбраться.
Многие гравитационные моменты также объясняются законом универсальной гравитации Ньютона: существует как притяжение между телами. Силу можно определить математически.
Земная гравитация
Международная космическая станция на земной орбите
Также гравитация меняется, основываясь составе небесного тела. Более высокие концентрации материала способны изменить силу. Но эта сумма слишком крошечная, чтобы ее отметить. Вы могли знать, что гравитация иная на большой высоте. Если вы окажитесь на вершине Эвереста, то там сила на 0.28% меньше. На МКС – 90% поверхностной. Но станция пребывает в эффекте свободного падения, поэтому все внутри падает, и вы не ощущаете силы.
Именно гравитация ответственна за то, что скорость побега составляет 11.186 км/ч. Из-за разности в гравитационных показателях с другими объектами приходится готовить астронавтов к сложным условиям и создавать специальные тренажеры и защиту.
Длительное пребывание в микрогравитации негативно сказывается на организме, но НАСА стараются исправить это положение, чтобы без проблем построить марсианские и лунные колонии.
Мы должны быть благодарны за гравитацию Земли, но это и наша ноша, усложняющая процесс освоения чужих миров. Мы прикованы к дому и чувствуем себя здесь прекрасно, но вынуждены ограничивать себя лишь этим шаром.
Гравитация Земли
Содержание
Разница в величине [ править ]
Условное значение [ править ]
Широта [ править ]
Вторая важная причина разницы в гравитации на разных широтах состоит в том, что экваториальная выпуклость Земли (сама по себе также вызванная центробежной силой вращения) заставляет объекты на экваторе находиться дальше от центра планеты, чем объекты на полюсах. Поскольку сила гравитационного притяжения между двумя телами (Землей и взвешиваемым объектом) изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния между ними, объект на экваторе испытывает более слабое гравитационное притяжение, чем объект на полюсах.
В сочетании экваториальная выпуклость и влияние поверхностной центробежной силы из-за вращения означают, что сила тяжести на уровне моря увеличивается с примерно 9,780 м / с 2 на экваторе до примерно 9,832 м / с 2 на полюсах, поэтому объект будет весить примерно на 0,5% больше на полюсах, чем на экваторе. [2] [9]
Высота [ править ]
Гравитация уменьшается с высотой по мере того, как человек поднимается над поверхностью Земли, потому что большая высота означает большее расстояние от центра Земли. При прочих равных, увеличение высоты от уровня моря до 9 000 метров (30 000 футов) вызывает снижение веса примерно на 0,29%. (Дополнительным фактором, влияющим на кажущийся вес, является уменьшение плотности воздуха на высоте, что снижает плавучесть объекта. [10] Это может увеличить видимый вес человека на высоте 9000 метров примерно на 0,08%).
Эффект от возвышения грунта зависит от плотности грунта (см. Раздел « Коррекция перекрытия »). Человек, летящий на высоте 9 100 м (30 000 футов) над уровнем моря над горами, будет чувствовать большую гравитацию, чем кто-либо, находящийся на той же высоте, но над морем. Однако человек, стоящий на поверхности Земли, чувствует меньшую гравитацию, когда высота над уровнем моря выше.
Следующая формула аппроксимирует изменение силы тяжести Земли с высотой:
Формула рассматривает Землю как идеальную сферу с радиально-симметричным распределением массы; более точная математическая обработка обсуждается ниже.
Глубина [ править ]
Фактическая зависимость плотности и силы тяжести от глубины, полученная из времен прохождения сейсмических волн (см. Уравнение Адамса – Вильямсона ), показана на графиках ниже.
Местная топография и геология [ править ]
Другие факторы [ править ]
Гравитационные эффекты Луны и Солнца (также являющиеся причиной приливов ) имеют очень небольшое влияние на кажущуюся силу гравитации Земли, в зависимости от их относительного положения; типичные отклонения составляют 2 мкм / с 2 (0,2 мГал ) в течение дня.
Направление [ править ]
Сравнительные значения по всему миру [ править ]
Существуют инструменты для расчета силы тяжести в разных городах по всему миру. [15] Влияние широты хорошо видно на примере гравитации в высокоширотных городах: Анкоридже (9,826 м / с 2 ), Хельсинки (9,825 м / с 2 ), что примерно на 0,5% больше, чем в городах вблизи экватора: Куала-Лумпур (9,776 м / с 2 ), Манила (9,780 м / с 2 ). Влияние высоты можно увидеть в Мехико (9,776 м / с 2 ; высота 2240 метров (7350 футов)) и сравнив Денвер (9,798 м / с 2 ; 1616 метров (5 302 фута)) с Вашингтоном, округ Колумбия (9,801 фута). м / с 2 ; 30 метров (98 футов)), оба из которых находятся около 39 ° северной широты. Измеренные значения могут быть получены из физико-математических таблиц Т.М. Ярвуда и Ф. Кастла, Macmillan, исправленное издание 1970 г. [16]
| Место расположения | м / с 2 | фут / с 2 | Место расположения | м / с 2 | фут / с 2 | Место расположения | м / с 2 | фут / с 2 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Амстердам | 9,817 | 32,21 | Джакарта | 9,777 | 32,08 | Оттава | 9,806 | 32,17 |
| Анкоридж | 9,826 | 32,24 | Канди | 9,775 | 32,07 | Париж | 9,809 | 32,18 |
| Афины | 9,800 | 32,15 | Калькутта | 9,785 | 32,10 | Перт | 9,794 | 32,13 |
| Окленд | 9,799 | 32,15 | Куала Лумпур | 9,776 | 32,07 | Рио де Жанейро | 9,788 | 32,11 |
| Бангкок | 9,780 | 32.09 | Кувейт | 9,792 | 32,13 | Рим | 9,803 | 32,16 |
| Бирмингем | 9,817 | 32,21 | Лиссабон | 9,801 | 32,16 | Сиэтл | 9,811 | 32,19 |
| Брюссель | 9,815 | 32,20 | Лондон | 9,816 | 32,20 | Сингапур | 9,776 | 32,07 |
| Буэнос айрес | 9,797 | 32,14 | Лос-Анджелес | 9,796 | 32,14 | Скопье | 9,804 | 32,17 |
| Кейптаун | 9,796 | 32,14 | Мадрид | 9,800 | 32,15 | Стокгольм | 9,818 | 32,21 |
| Чикаго | 9,804 | 32,17 | Манчестер | 9,818 | 32,21 | Сидней | 9,797 | 32,14 |
| Копенгаген | 9,821 | 32,22 | Манила | 9,780 | 32.09 | Тайбэй | 9,790 | 32,12 |
| Денвер | 9,798 | 32,15 | Мельбурн | 9,800 | 32,15 | Токио | 9,798 | 32,15 |
| Франкфурт | 9,814 | 32,20 | Мехико | 9,776 | 32,07 | Торонто | 9,807 | 32,18 |
| Гавана | 9,786 | 32,11 | Монреаль | 9,809 | 32,18 | Ванкувер | 9,809 | 32,18 |
| Хельсинки | 9,825 | 32,23 | Нью-Йорк | 9,802 | 32,16 | Вашингтон, округ Колумбия | 9,801 | 32,16 |
| Гонконг | 9,785 | 32,10 | Никосия | 9,797 | 32,14 | Веллингтон | 9,803 | 32,16 |
| Стамбул | 9,808 | 32,18 | Осло | 9,825 | 32,23 | Цюрих | 9,807 | 32,18 |
Математические модели [ править ]
Модель широты [ править ]
Это Международная формула гравитации 1967 года, формула геодезической системы отсчета 1967 года, уравнение Гельмерта или формула Клеро. [17]
Альтернативной формулой для g как функции широты является формула эллипсоидальной гравитации WGS ( Всемирная геодезическая система ) 84 : [18]
g < ϕ >= 9.7803253359 m ⋅ s − 2 [ 1 + 0.001931850400 sin 2 ϕ 1 − 0.006694384442 sin 2 ϕ ] <\displaystyle g\<\phi \>=9.7803253359\,\,\mathrm ^<-2>\left[<\frac <1+0.001931850400\,\sin ^<2>\phi ><\sqrt <1-0.006694384442\,\sin ^<2>\phi >>>\right]> .
Поправка на свободный воздух [ править ]
Используя массу и радиус Земли :
r E a r t h = 6.371 ⋅ 10 6 m m E a r t h = 5.9722 ⋅ 10 24 k g <\displaystyle <\begin
Поправочный коэффициент FAC (Δ g ) может быть получен из определения ускорения свободного падения через G, гравитационную постоянную (см. Оценку g из закона всемирного тяготения ниже):
На высоте h над номинальной поверхностью Земли g h определяется по формуле:
g h = G M e ( R e + h ) 2 <\displaystyle g_
Таким образом, FAC для высоты h выше номинального радиуса Земли можно выразить:
Δ g h = [ G M e ( R e + h ) 2 ] − [ G M e R e 2 ] <\displaystyle \Delta g_
Это выражение можно легко использовать для программирования или включения в электронную таблицу. Собирая члены, упрощая и пренебрегая малыми членами ( ч « г Земли ), однако дает хорошее приближение:
Используя числовые значения выше и для высоты h в метрах:
Группируя факторы широты и высоты FAC, в литературе чаще всего встречается выражение:
Исправление перекрытия [ править ]
Для гравитации под поверхностью мы должны применить поправку на свободный воздух, а также двойную поправку Бугера. В модели бесконечной плиты это происходит потому, что перемещение точки наблюдения ниже плиты меняет гравитацию на противоположную. В качестве альтернативы, мы можем рассмотреть сферически симметричную Землю и вычесть из массы Земли массу оболочки за пределами точки наблюдения, потому что это не вызывает гравитации внутри. Это дает тот же результат.
Оценка g по закону всемирного тяготения [ править ]
F = G m 1 m 2 r 2 = ( G m 1 r 2 ) m 2 <\displaystyle F=G\,<\frac
Сравнивая две формулы, видно, что:
g = G m 1 r 2 = 6.67408 ⋅ 10 − 11 m 3 ⋅ k g − 1 ⋅ s − 2 5.9722 ⋅ 10 24 k g ( 6.371 ⋅ 10 6 m ) 2 = 9.81998 m ⋅ s − 2 <\displaystyle g=G\,<\frac ^<-2>\,\,\,<\frac <5.9722\cdot 10^<24>\,\mathrm >^<-2>>
Существуют значительные погрешности в значениях r и m 1, используемых в этом расчете, и значение G также довольно сложно точно измерить.
Измерение [ править ]
Спутниковые методы [ править ]
Учёные смущённо признают, что до сих пор не знают точной величины гравитационного взаимодействия
По легенде, первый эксперимент, показавший, что все объекты падают с одной скоростью, вне зависимости от массы, провёл Галилео Галилей, стоя на вершине Пизанской башни. Два любых объекта, брошенных вниз в гравитационном поле, в отсутствии сопротивления воздуха (или при пренебрежении им) будут ускоряться одинаково. Позже это правило было кратко записано Ньютоном после изучения им данного вопроса.
Впервые начав формулировать законы физики, мы делали это эмпирически: посредством экспериментов. Бросьте шар с башни, как это, возможно, сделал Галилей, и вы сможете измерить, сколько он пролетит и через какое время упадёт. Отпустите маятник, и вы сможете обнаружить взаимосвязь между его длиной и количеством времени на один период. Проделав это с различными расстояниями, длинами и временными отрезками, вы начнёте замечать систему: высота падения объекта пропорциональна квадрату времени, период маятника пропорционален квадратному корню его длины.
Но чтобы превратить пропорции в уравнения, нужно подобрать одну константу.
Орбиты планет внутренней Солнечной системы не идеально круглые, но близки к окружностям. Меркурий и Марс дальше всего отклоняются от идеала, демонстрируя эллиптичность орбит. В середине XIX века учёные начали замечать отклонения Меркурия от предсказаний Ньютоновской гравитации, которые смогла объяснить только Общая теория относительности в XX веке. Один и тот же закон гравитации, и одна и та же константа, описывают воздействие гравитации на всех масштабах, от Земли до космоса.
В этих примерах, и во многих других, в роли константы пропорциональности выступает G, гравитационная постоянная. Луна движется вокруг Земли, планеты – вокруг Солнца, свет искажается гравитационным линзированием, кометы теряют энергию, убегая из Солнечной системы – и всё это происходит пропорционально G. Ещё до Ньютона, в 1640-х и 1650-з итальянские учёные Франческо Гримальди и Джованни Риччоли выполнили первые расчёты гравитационной постоянной, что означает, что она стала первой из всех определённых фундаментальных констант, опередив даже определение скорости света в 1676 году, выполненное Оле Рёмером.
Ньютоновский закон всемирного тяготения заменила Общая теория относительности Эйнштейна. Он основывался на мгновенном дальнодействии и был чрезвычайно прямолинеен. Величина гравитационной постоянной G из этого уравнения до сих пор известна очень плохо.
Но с G выходит совершенно другое дело.
Используем ли мы описание гравитации от Ньютона или Эйнштейна, величина силы определяется, в частности, величиной гравитационной постоянной G, чьё значение приходится измерять экспериментально, и нельзя вывести из других.
Значения фундаментальных констант на 1998 год
А затем произошло нечто забавное.
Первоначальный эксперимент по точному измерению G, разработанный и опубликованный Генри Кавендишем, основывается на принципе крутильных весов, крутящихся в зависимости от гравитационного притяжения недалеко расположенной массы хорошо известной величины.
Первое точное измерение гравитационной постоянной, не зависящее от других неизвестных (к примеру, от массы Солнца или массы Земли) состоялось только в эксперименте Генри Кавендиша в конце XVIII века. Кавендиш разработал эксперимент, известный, как крутильные весы, в котором небольшая гантель была подвешена и идеально сбалансирована на проводе. Рядом с каждой из масс на конце гантели располагались две массы побольше, гравитационно притягивавшие небольшие массы. Величина поворота гантели при известных расстояниях и массах давала нам возможность измерить G экспериментально.
Несмотря на множество прорывов в физике за последние 200 с лишним лет, в экспериментах по измерению G используется тот же принцип, что использовался в эксперименте Кавендиша. Вплоть до сегодняшнего дня никакая другая техника измерения или устройство эксперимента не дали лучших результатов.
Поэтому таким шоком стало событие 1998 года, когда очень тщательно работающая команда получила результат, отличающийся на невероятные 0,15% от предыдущих, в то время как заявленные погрешности предыдущих измерений были в десять раз меньше этого. NIST в ответ отвергла предыдущие погрешности, и полученные значения урезали до четырёх значимых цифр, а погрешность увеличили.
Две экспериментальные установки, схемы которых были опубликованы в августе 2018 в журнале Nature, дали наиболее точные (по заявлению учёных) значения для G
Атомный переход с орбитали 6S, Delta_f1, определяет метр, секунду и скорость света. Точность определения квантовых констант в тысячи раз превышает точность измерения G, первой из измеренных констант.
Гравитационная постоянная Вселенной, G, была первой из измеренных. Однако же, спустя 350 лет после первого измерения, стыдно констатировать, насколько плохо она известна по сравнению со всеми другими. Мы используем эту константу в огромном количестве измерений и расчётов, от гравитационных волн до пульсаров, отмеряющих расширение Вселенной. И всё же наша возможность определять её основывается на мелкомасштабных экспериментах, проводимых на Земле. В наши попытки измерить её проникают крохотные источники неопределённости, от плотности материалов до сейсмических колебаний. И пока мы не сумеем достичь большего, везде, где важна гравитация, будет присутствовать внутренняя, неприятно большая погрешность. На дворе 2018 год, а мы всё ещё не знаем, насколько велика на самом деле гравитация.
Больше статей на научно-популярную тему вы сможете найти на сайте Golovanov.net. Читайте: необходима ли тектоника плит для образования жизни на планете; откуда берётся энергия в тёмной энергии; не приведёт ли деятельность человека к межзвёздной войне; существует ли полезное для здоровья количество алкоголя; серию статей по космологии «Спросите Итана».
Не стесняемся поддерживать проект материально (банковские карты, яндекс.деньги, вебмани, биткоины, да как угодно). Спасибо всем, кто уже оказал поддержку!