Колыбелью человечества является Земля, поэтому человек, как и все земные организмы, приспособлен к условиям, которые имеются на Земле. Одним из таких условий, определяющих облик биосферы Земли, является сила тяжести. Она существенно влияет на многие физические явления вблизи планеты. Убедиться в этом можно, наблюдая за другими планетами, сила тяжести на которых отличается от земной. Поговорим кратко о силе тяжести на других планетах.
Гравитационное взаимодействие — это самое слабое из фундаментальных взаимодействий. Поэтому сколь-нибудь заметным оно становится лишь только в присутствии значительных масс вещества. Единственный предмет на Земле, обладающий значительной массой — это сама Земля. Поэтому для всех людей привычно, что все предметы падают на Землю, притягиваясь ею.
Величина силы гравитационного притяжения к Земле зависит от массы тела. Поэтому для оценки силы тяжести удобнее использовать такую величину, как с ускорением свободного падения, поскольку она не зависит от самого тела:
$$mathrm{g}=G{Mover R^2}$$
где:
- $mathrm{g}$ — ускорение свободного падения на поверхности;
- $G$ — гравитационная постоянная;
- $M$ — масса планеты;
- $R$ — расстояние от центра планеты (фактически радиус планеты).
Эта же формула может применяться для расчёта ускорения свободного падения на поверхности любой другой планеты. Из неё можно видеть, что ускорение свободного падения на планете зависит только от двух параметров — от массы планеты и от расстояния до её центра.
Сила тяжести на других планетах
Если рассмотреть физические характеристики планет Солнечной системы, то станет очевидно, что ускорение свободного падения на них должно заметно отличаться от земного.
Так оно и есть. Например, ближайшее к Земле небесное тело — Луна — имеет массу в 81 раз меньше земной. А средний радиус луны в 3,66 раз меньше земного. Следовательно, ускорение свободного падения на Луне в шесть раз меньше, чем на Земле, и составляет 1,62 метра в секунду за секунду.
Получается, что если на Земле предмет падает с двухметровой высоты за 0,64 с и в конце падения приобретает скорость 6,25 метров в секунду, то на Луне падение с той же высоты займёт 1,57 секунд, и скорость в конце падения составит только 2,55 метров в секунду. Вес любого предмета на Луне в шесть раз меньше земного.
Уменьшение веса предметов на Луне не означает уменьшение в шесть раз массы предметов. Вес — это сила, с которой предметы воздействуют на опору. Масса — это мера инертности тел. Несмотря на то, что на Луне предметы давят на опору вшестеро слабее, для сообщения им такого же ускорения, как на Земле, требуется та же сила. Именно поэтому ускорение свободного падения на Луне меньше: сила гравитационного притяжения меньше, а мера инертности тел — масса — остаётся прежней. В результате по второму закону Ньютона и ускорение, получаемое телами при свободном падении, оказывается меньше.
Строго говоря, не все планеты имеют твёрдую поверхность. Например, средняя плотность Сатурна меньше плотности воды. Поэтому о радиусе в этом случае можно говорить с некоторой долей условности. Но для школьного доклада можно считать радиусом планеты такое расстояние от центра, где атмосфера планеты снижается до низких плотностей.
Что мы узнали?
Сила тяжести на других планетах зависит от массы планет и расстояния от поверхности до их центра (радиуса). Поскольку планеты Солнечной системы имеют разные массы и радиусы, сила тяжести на них также значительно отличается. Но в среднем, чем меньше планета, тем меньше сила тяжести на её поверхности.
