Home » Articole » RO » Știință » Fizica » Forţe fundamentale » Situaţii specifice ale gravitaţiei

Situaţii specifice ale gravitaţiei

Gravitaţia Pământului

Geoids_sm(Gravitaţia Pământului măsurată prin misiunea GRACE NASA, care arată abateri de la gravitaţia teoretică a unui Pământ neted idealizat, așa-numitul elipsoid pământesc. Roşul arată zonele în care gravitația este mai puternică decât valoareaa standard, uniformă, iar albastrul arată zonele în care gravitația este mai slabă.)

Fiecare corp planetar (inclusiv Pământul) este înconjurat de propriul câmp gravitațional, care exercită o forță de atracție asupra tuturor obiectelor. Presupunând o planetă sferică simetrică, puterea acestui câmp în orice punct dat de pe suprafață este proporțională cu masa corpului planetar și invers proporțională cu pătratul distanței de la centrul planetei.

Puterea câmpului gravitațional este numeric egală cu accelerarea obiectelor aflate sub influența sa. Rata de accelerare a obiectelor care se află in apropiere de suprafața Pământului variază foarte puțin în funcție de altitudine, latitudine, precum și de alți factori. Pentru greutăți și măsuri, o valoare standard a gravitaţiei este definită de Biroul Internațional de Măsuri și Greutăți, în cadrul Sistemului Internațional de Unități (SI).

Această valoare, notată g, este g = 9,80665 m/s2.

Valoarea standard de 9,80665 m/s2 este cea adoptată inițial de către Comitetul Internațional de Măsuri și Greutăți în 1901 pentru 45° latitudine, chiar dacă acesta a fost dovedită a fi mai mare cu aproximativ cinci unităţi din zece mii. Această valoare a persistat în meteorologie și în unele măsurători atmosferice standard, ca valoarea la 45° latitudine, chiar dacă aceasta se aplică mai exact la latitudinea de 45°32’33”.

Presupunând valoarea standardizată pentru g și ignorarea rezistenței aerului, acest lucru înseamnă că un obiect care se găseşte în mod liber în apropierea suprafeței Pământului crește viteza sa de 9,80665 m/s la fiecare secundă de la timpul iniţial. Astfel, un obiect pornind din repaus va atinge o viteză de 9,80665 m/s după o secundă, aproximativ 19,62 m/s după două secunde, și așa mai departe, adăugând 9,80665 m/s pentru fiecare viteză rezultată. De asemenea, din nou ignorând rezistența aerului, toate obiectele, când cad de la aceeași înălțime, vor atinge pământul în același timp. Este relevant de menționat că gravitatia Pământului nu are exact aceeași valoare în toate regiunile. Există mici variații în diferite părți ale globului, datorită caracteristicilor, latitudine de suprafață, cum ar fi munții și crestele, şi densităţii poate neobișnuit de mare sau mică de sub-suprafață.

Potrivit Legii a treia a lui Newton, asupra Pământului însuși se exercită o forță egală în mărime și în direcția opusă celei pe care o exercită pe un obiect în cădere. Acest lucru înseamnă că Pământul accelerează, de asemenea, spre obiect până când se ciocnesc. Deoarece masa Pământului este imensă, însă, accelerația imprimată Pământului prin această forță opusă este neglijabilă în comparație cu cea a obiectului. Dacă obiectul nu sare înapoi după ce s-a ciocnit cu Pământul, fiecare dintre ele exercită atunci o forță de contact de respingere pe de altă parte, care echilibrează efectiv forța de atracție a gravitației și previne accelerarea în conrinuare.

Forța de gravitație pe Pământ este rezultanta (suma vectorială) a două forțe: (a) atracția gravitațională, în conformitate cu legea universală a lui Newton a gravitației, și (b) forța centrifugă, care rezultă din alegerea unui obiect de pe Pământ, rotind sistemul de referință. La ecuator, forța de gravitație este cea mai slabă din cauza forței centrifuge cauzate de rotația Pământului. Forța de gravitație variază în funcție de latitudine și crește de la circa 9,780 m/s2 la ecuator la aproximativ 9,832 m/s2 la poli.

Ecuațiile pentru un corp în cădere în apropiere de suprafața Pământului

În ipoteza unei gravitaţii constante, Legea atracției universale se simplifică până la F = mg, unde m este masa corpului și g este un vector constant cu o magnitudine medie de 9,81 m/s2. Accelerația gravitațională este egală cu această valoare g. Un obiect staționar inițial, care este lăsat să cadă liber în câmp gravitațional parcurge o distanță care este proporțională cu pătratul timpului scurs.

În aceleași condiții de gravitație constantă, energia potențială, Ep, a unui organism la înălțimea h, este dată de Ep = mgh (sau Ep = Wh, cu W fiind greutatea). Această expresie este valabilă numai pe distanțe mici h de la suprafața Pământului. În mod similar, expresia h = v2/2g pentru înălțimea maximă atinsă de un corp proiectat vertical cu inițială viteza v este util[ pentru înălțimi mici şi viteze inițiale mici doar.

Gravitaţia și astronomia

Aplicarea legii gravitației a lui Newton a permis obţinerea de multe din informațiile detaliate pe care le avem despre planetele din sistemul nostru solar, masa Soarelui, și detalii despre quasari; chiar existența materiei întunecate se deduce cu ajutorul legii gravitației a lui Newton. Deşi nu am călătorit în toate planetele, nici măcar la Soare, știm masele lor. Aceste mase sunt obținute prin aplicarea legilor gravitației la caracteristicile măsurate ale orbitei. În spațiu un obiect îşi menține orbita datorită forței de gravitație care acționează asupra lui. Planetele se învât în jurul stelelor, stelele în jurul centrelor galactice, galaxiile în jurul unui centru de masă în clustere, și clusterele în superciorchini. Forța de gravitație exercitată pe un obiect de altul este direct proporțională cu produsul maselor acestor obiecte și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.

Radiația gravitațională

În relativitatea generală, radiația gravitațională este generată în situațiile în care curbura spațiu-timpului este oscilantă, așa cum este cazul cu obiecte care co-orbitează. Radiația gravitațională emisă de Sistemul Solar este mult prea mică pentru a o măsura. Cu toate acestea, radiațiile gravitaționale au fost observate în mod indirect ca o pierdere de energie în timp în sistemele de pulsari binare, cum ar fi PSR B1913+16. Se crede că fuziunile stelelor neutronice și formarea de găuri negre ar putea crea cantități detectabile de radiații gravitaționale. Observatoarele de radiații gravitaționale, cum ar fi Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO), au fost create pentru a studia această problemă. Nicio detecție nu a fost confirmată din această radiație ipotetică.

Viteza gravitaţiei

În decembrie 2012, o echipa de cercetare din China a anunțat că a efectuat măsurători ale întârzierii de fază a mareelor terestre în timpul lunii pline și noi, care par să demonstreze că viteza de gravitaţie este egală cu viteza luminii. Acest lucru înseamnă că, în cazul în care Soarele ar dispare brusc, Pământul va continua să orbiteze în mod normal timp de 8 minute, care este timpul în care lumina parcurge distanța. Constatările echipei au fost publicate în Buletinul Ştiinţific Chinez în luna februarie 2013.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *