Grawitacja

Grawitacja albo inaczej ciążenie powszechne to jedno z czterech podstawowych oddziaływań w przyrodzie. Dowolne ciała obdarzone masą przyciągają się wzajemnie. Dzięki grawitacji w Kosmosie istnieją galaktyki, układy gwiezdne i planetarne i jest możliwe życie na Ziemi.

We współczesnej fizyce grawitację opisuje ogólna teoria względności, w której grawitacja jest konsekwencją zakrzywienia czasoprzestrzeni przez materię.

Prawo powszechnego ciążenia sformułował Isaac Newton, zaś ogólną teorię względności sformułował Albert Einstein.

Prawo powszechnego ciążenia
Omówienie prawa grawitacji, stałej grawitacyjnej, sposobu wyznaczania wartości siły grawitacji.

Przyspieszenie ziemskie
Definicja przyspieszenia ziemskiego, wartość i sposób jego wyznaczania.

Pole grawitacyjne
Co to jest pole grawitacyjne, natężenie pola grawitacyjnego i linie pola?

Energia potencjalna w polu grawitacyjnym
Energia potencjalna i praca sił w polu grawitacyjnym, potencjał grawitacyjny.

Pierwsza prędkość kosmiczna
Co to jest pierwsza prędkość kosmiczna?

Druga prędkość kosmiczna
Co to jest druga prędkość kosmiczna i jak ją wyznaczyć? Jakie mogą być orbity satelitów?

Wzory

Oto podstawowe wzoru z działu o grawitacji.

Wielkość fizyczna	Wzór	Opis
Siła grawitacji, prawo powszechnego ciążenia	$F=G\frac{m_1m_2}{r^2}$	F - siła grawitacji; m₁, m₂ - masy ciał; r - odległość między środkami ciał; G - stała grawitacyjna lub stała grawitacji. $G=6,67\cdot 10^{-11}\quad\frac{Nm^2}{kg^2}$
Ciężar ciała	Q=mg	Q - ciężar ciała; m - masa ciała; g - przyspieszenie ziemskie.
Natężenie pola grawitacyjnego	$\vec{\gamma}=\frac{\vec{F}}{m}$	γ - natężenie pola grawitacyjnego; F - siła grawitacji działająca na ciało o masie m; m - masa ciała próbnego.
Energia potencjalna w polu grawitacyjnym w punkcje A	$E_p_A=-\frac{GMm}{r_A}$	E_pA - energia potencjalna w punkcie A w polu grawitacyjnym; G - stała grawitacji; M - masa źródła pola grawitacyjnego; m - masa próbna; r_A - odległoś masy m od źródła pola o masie M.
Potencjał pola grawitacyjnego	$V=\frac{E_p}{m}$	E_pA - energia potencjalna w polu grawitacyjnym; m - masa ciała umieszczonego w polu grawitacyjnym.
Potencjał centralnego pola grawitacyjnego	$V=-\frac{GM}{r}$ $V=-\frac{E_p}{m}=\frac{mgh}{m}=gh$	j.w.
Pierwsza prędkość kosmiczna	$v_{I}=\sqrt{\frac{GM}{r}}$	r, M - odpowiednio promień i masa źródła pola grawitacyjnego. v_{I Ziemi}≈7,9 km/s
Druga prędkość kosmiczna	$v_{I}=\sqrt{\frac{2GM}{r}}$	r, M - odpowiednio promień i masa źródła pola grawitacyjnego. v_{II Ziemi}≈11,2 km/s
Praca w polu grawitacyjnym	$W_{z,A\to B}=GMm(\frac{1}{r_A}-\frac{1}{r_B})$	Praca wykonana przez siłę zewnętrzną, równoważącą siłę grawitacji przy przesunięciu ciała o masie m z punktu A do punktu B w polu grawitacyjnym źródła pola o masie M

Pytania

Jaka jest grawitacja na Marsie?

Przyspieszenie marsjańskie wynosi 3,72 m/s², a więc ciężar dowolnego przedmiotu jest około 3 razy (ściślej 2,64) mniejszy na Marsie niż na Ziemi. Człowiek, który waży 100 kg na Ziemi będzie ważył na Marsie prawie 38 kg.

Jaka jest grawitacja na Księżycu?

Przyspieszenie na Księżycu wynosi 1,62 m/s², a więc ciężar dowolnego przedmiotu jest około 6 razy mniejszy na Księżycu niż na Ziemi. Człowiek, który waży 100 kg na Ziemi będzie ważył na Księżycu zaledwie 16,7 kg.

Co to jest sztuczna grawitacja?

W filmach s-f na statkach kosmicznych czasem zwyczajnie włącza się lub wyłącza grawitację. Czy to możliwe? Oczywiście, że nie. Siłę grawitacji można jednak "upozorować". Sztuczna grawitacja to nic innego jak pozorna siła ciążenia, która została wytworzona sztucznie. To siła powodująca przyspieszenie ciała, na przykład siła odśrodkowa. To dlatego stacje kosmiczne obracają się wokół własnej osi. Siła odśrodkowa świetnie "udaje" grawitację wewnątrz statku kosmicznego.

Czy w kosmosie występuje grawitacja?

Tak. Grawitacja nie znika w kosmosie. Oddziaływanie grawitacyjne maleje do zera dopiera w nieskończonej odległości od dowolnego ciała obdarzonego masą. To dlaczego kosmonauci znajdują się w stanie nieważkości na orbicie? a to już inne pytanie, na które znajdziesz odpowiedź w artykule o spadającej windzie.

Grawitacja w filmie

Podejdźmy do tematu grawitacji trochę mniej naukowo, a ściślej rzecz ujmując, od strony X muzy. Oto nasze typy najciekawszych filmów związanych z tematem grawitacji, które warto zobaczyć.

Interstellar - w reżyserii Christhophera Nolana, film o ogromnych ambicjach naukowych z 2014 roku. Mimo, zdaniem krytyków, wielu wad, naszym zdaniem widok czarnej dziury w tym filmie zapiera dech w piersiach. Film zdobył 1 nagrodę Oscar.
Grawitacja - to film minimalistyczny w treści, aktorskiej grze, za to robiący ogromne wrażenie od strony technicznej. Jego premiera miała miejsce w 2013 roku. Film wyreżyserował Alfonso Cuarón. Film zdobył aż 7 nagród Oscar.
2001 Odyseja Kosmiczna - to bezsprzeczny już klasyk z 1968 roku Stanley'a Kubricka - pozycja obowiązkowa dla miłośników fantastyki naukowej. Film zdobył 1 nagrodę Oscar.

Ile waży astronauta?

Czy astronauta w kosmosie nic nie waży? Jaką ma masę na różnych planetach i na Księżycu? Zmienia się jego masa, czy ciężar? A może jedno i drugie?

Ile waży?

Ile co waży? To szybka ściąga dla miłośników gotowania, ciekawostek. Podajemy ciężary produktów spożywczych, zwierząt, wielkich i małych obiektów.

Winda kosmiczna - czy da się ją zbudować?

Czy z satelity krążącego po orbicie geostacjonarnej dałoby się spuścić linę i transportować nią w kosmos przedmioty czy ludzi? Czy można w ten sposób zbudować windę kosmiczną?

Czy w spadającej windzie wchodzimy w stan nieważkości?

Gdy winda zerwie się nagle i zacznie spadać razem z nami będziemy podczas spadania w stanie nieważkości? Czy aby zminimalizować obrażenia należy podskoczyć tuż przed uderzeniem o podłoże?