Trọng lực là một lực cơ bản của vật lý, một thứ mà Trái đất chúng ta có xu hướng coi là đương nhiên. Bạn có thể thực sự đổ lỗi cho chúng tôi. Đã phát triển trong hàng tỷ năm trong môi trường Trái đất, chúng ta đã quen sống với lực kéo ổn định 1 g (hay 9,8 m / s²). Tuy nhiên, đối với những người đã lên vũ trụ hoặc đặt chân lên Mặt trăng, trọng lực là một điều rất khó khăn và quý giá.
Về cơ bản, lực hấp dẫn phụ thuộc vào khối lượng, nơi tất cả mọi vật - từ các ngôi sao, hành tinh và thiên hà đến các hạt ánh sáng và nguyên tử phụ - đều bị hút vào nhau. Tùy thuộc vào kích thước, khối lượng và mật độ của vật thể, lực hấp dẫn mà nó tác dụng khác nhau. Và khi nói đến các hành tinh trong Hệ Mặt trời của chúng ta, có kích thước và khối lượng khác nhau, cường độ của trọng lực trên bề mặt của chúng thay đổi đáng kể.
Ví dụ, lực hấp dẫn của Trái đất, như đã lưu ý, tương đương với 9,80665 m / s² (hoặc 32.174 ft / s²). Điều này có nghĩa là một vật thể, nếu được giữ trên mặt đất và buông ra, sẽ tăng tốc về phía bề mặt với tốc độ khoảng 9,8 mét cho mỗi giây rơi tự do. Đây là tiêu chuẩn để đo trọng lực trên các hành tinh khác, cũng được biểu thị dưới dạng một g.
Theo định luật vạn vật hấp dẫn của Isaac Newton, lực hấp dẫn giữa hai cơ thể có thể được biểu thị bằng toán học như F = G (m¹m² / r²) - Ở đâuF là lực lượng m1 và m2 là khối lượng của các đối tượng tương tác, r là khoảng cách giữa các trung tâm của quần chúng và G là hằng số hấp dẫn (6.674 × 10-11 N m2/Kilôgam2 ).
Dựa trên kích thước và khối lượng của chúng, trọng lực trên hành tinh khác thường được biểu thị theo g đơn vị cũng như về tốc độ tăng tốc rơi tự do. Vậy chính xác làm thế nào để các hành tinh trong Hệ Mặt trời của chúng ta xếp chồng lên nhau về lực hấp dẫn so với Trái đất? Như thế này:
Trọng lực trên sao Thủy:
Với bán kính trung bình khoảng 2.440 km và khối lượng 3,30 × 1023 kg, sao Thủy có kích thước xấp xỉ 0,383 lần Trái đất và chỉ bằng 0,055. Điều này khiến Sao Thủy trở thành hành tinh nhỏ nhất và nhỏ nhất trong Hệ Mặt Trời. Tuy nhiên, nhờ mật độ cao - 5.427 g / cm mạnh mẽ3, chỉ thấp hơn một chút so với Trái đất 5,514 g / cm3 - Thủy ngân có trọng lực bề mặt 3,7 m / s², tương đương 0,38 g.
Trọng lực trên sao Kim:
Sao Kim giống với Trái đất theo nhiều cách, đó là lý do tại sao nó thường được gọi là Trái đất Sinh đôi. Với bán kính trung bình 4,6023 × 108 km2, khối lượng 4,8675 × 1024 kg và mật độ 5.243 g / cm3, Sao Kim có kích thước tương đương 0,9499 Trái đất, lớn gấp 0,815 lần và dày hơn khoảng 0,95 lần. Do đó, không có gì ngạc nhiên tại sao lực hấp dẫn trên Sao Kim rất gần với Trái đất - 8,87 m / s2hoặc 0,904 g.
Trọng lực trên Mặt trăng:
Đây là một cơ quan thiên văn nơi con người có thể kiểm tra ảnh hưởng của trọng lực giảm dần trong người. Các tính toán dựa trên bán kính trung bình của nó (1737 km), khối lượng (7.3477 x 10²² kg) và mật độ (3.3464 g / cm³) và các nhiệm vụ được thực hiện bởi các phi hành gia Apollo, trọng lực bề mặt trên Mặt trăng đã được đo là 1,62 m /S2 hoặc 0,1254 g.
Trọng lực trên sao Hỏa:
Sao Hỏa cũng tương tự Trái đất ở nhiều khía cạnh quan trọng. Tuy nhiên, khi nói về kích thước, khối lượng và mật độ, sao Hỏa tương đối nhỏ. Trên thực tế, bán kính trung bình của nó là 3,389 km tương đương với khoảng 0,53 Trái đất, trong khi khối lượng của nó (6.4171 × 1023 kg) chỉ là 0,707 Trái đất. Mật độ của nó, trong khi đó, là khoảng 0,71 Trái đất, xuất hiện ở mức khá khiêm tốn 3,93 g / cm³. Bởi vì điều này, Sao Hỏa có trọng lực gấp 0,38 lần Trái đất, hoạt động tới 3,711 m / s².
Trọng lực trên sao Mộc:
Sao Mộc là hành tinh lớn nhất và lớn nhất trong Hệ Mặt Trời. Bán kính trung bình của nó, ở 69.911 ± 6 km, làm cho nó gấp 10,97 lần kích thước của Trái đất, trong khi khối lượng của nó (1,8986 × 1027 kg) tương đương với 317,8 Trái đất. Nhưng là một người khổng lồ về khí, Sao Mộc tự nhiên có mật độ nhỏ hơn Trái đất và các hành tinh trên mặt đất khác, với mật độ trung bình là 1,326 g / cm3.
Hơn nữa, là một người khổng lồ về khí, Sao Mộc không có bề mặt thực sự. Nếu một người đứng trên nó, họ sẽ đơn giản chìm xuống cho đến khi cuối cùng họ đến được lõi rắn (theo lý thuyết) của nó. Kết quả là, trọng lực bề mặt của Sao Mộc (được định nghĩa là lực hấp dẫn ở đỉnh mây), là 24,79 m / s, tương đương 2,528 g.
Trọng lực trên sao Thổ:
Giống như Sao Mộc, Sao Thổ là một khối khí khổng lồ khổng lồ và lớn hơn đáng kể so với Trái đất, nhưng lại dày đặc hơn rất nhiều. Nói tóm lại, bán kính trung bình của nó là 58,02 ± 6 km (9,13 Trái đất), khối lượng của nó là 5,6846 × 1026 kg (nặng gấp 95,15 lần) và có mật độ 0,687 g / cm3. Kết quả là, trọng lực bề mặt của nó (một lần nữa, được đo từ đỉnh các đám mây của nó) chỉ nhỉnh hơn một chút so với Trái đất, tức là 10,44 m / s² (hoặc 1,065 g).
Trọng lực trên Sao Thiên Vương:
Với bán kính trung bình 25.360 km và khối lượng 8,68 × 1025 kg, sao Thiên Vương có kích thước xấp xỉ 4 lần Trái đất và lớn gấp 14,536 lần. Tuy nhiên, là một người khổng lồ khí, mật độ của nó (1,27 g / cm3) thấp hơn đáng kể so với Earth Trái đất. Do đó, tại sao trọng lực bề mặt của nó (được đo từ đỉnh mây) yếu hơn một chút so với Trái đất - 8,69 m / s2, hoặc 0,886 g.
Trọng lực trên sao Hải Vương:
Với bán kính trung bình là 24.622 ± 19 km và khối lượng 1.0243 × 1026 kg, sao Hải Vương là hành tinh lớn thứ tư trong Hệ Mặt Trời. Tất cả đã nói, nó có kích thước gấp 3,86 lần Trái đất và lớn gấp 17 lần. Nhưng, là một người khổng lồ khí, nó có mật độ thấp 1.638 g / cm3. Tất cả điều này hoạt động với trọng lực bề mặt 11,15 m / s2 (hoặc 1,14 g), một lần nữa được đo tại ngọn mây của sao Hải Vương.
Nói chung, lực hấp dẫn vận hành gam ở đây trong Hệ Mặt trời, dao động từ 0,38 g trên Sao Thủy và Sao Hỏa đến 2,528 g trên đỉnh các đám mây Sao Mộc. Và trên Mặt trăng, các phi hành gia đã mạo hiểm, đó là 0,1254 g rất nhẹ, cho phép từ một số thí nghiệm thú vị trong tình trạng gần như không trọng lượng!
Hiểu được ảnh hưởng của trọng lực bằng không đối với cơ thể con người là điều cần thiết cho du hành vũ trụ, đặc biệt là khi các nhiệm vụ dài hạn trên quỹ đạo và Trạm vũ trụ quốc tế đã được quan tâm. Trong những thập kỷ tới, biết cách mô phỏng nó sẽ có ích khi chúng ta bắt đầu gửi phi hành gia vào các nhiệm vụ không gian sâu.
Và tất nhiên, việc biết nó mạnh đến mức nào trên các hành tinh khác sẽ rất cần thiết cho các nhiệm vụ có người lái (và thậm chí là định cư) ở đó. Cho rằng loài người tiến hóa trong môi trường 1 g, biết cách chúng ta sẽ cưỡi trên các hành tinh chỉ có một phần trọng lực có thể có nghĩa là sự khác biệt giữa sự sống và cái chết.
Chúng tôi đã viết nhiều bài viết thú vị về lực hấp dẫn ở đây tại Tạp chí Vũ trụ. Ở đây, trọng lực nhanh như thế nào?, Trọng lực đến từ đâu? và làm thế nào chúng ta biết trọng lực không phải (chỉ) một lực.
Và ở đây, chúng ta có thể tạo ra trọng lực nhân tạo không? và hành động của Spooky có phải là xác định trọng lực không?
Để biết thêm thông tin, hãy xem trang NASA của NASA có tựa đề là Lực kéo không đổi của trọng lực và định luật hấp dẫn của Newton.
Cast Astronomy Cast cũng có một tập, có tiêu đề Tập 102: Gravity.
