February 3rd, 2015 , 03:55 pm

Pete Revonkorpi: Illustrator

Силой тяжести называется сила, с которой Земля притягивает различные тела.
Известно, что вес любого тела определяется силой притяжения (силой тяжести). Она прямо пропорциональна массе планеты и обратно пропорциональна квадрату ее радиуса.

Понятно, что вес человека, путешествующего по планетам Солнечной системы, будет изменяться. Чтобы определить его вес на другой планете, необходимо знать массу планеты и ее радиус. Например, можно узнать, как изменится вес человека на Марсе.

Как известно, масса "Красной планеты" в 9,31 раза меньше массы Земли, а ее радиус в 1,88 раза уступает радиусу земного шара. Следовательно, из-за действия первого фактора сила тяжести на поверхности Марса должна быть в 9,31 раза меньше, а из-за второго - в 3,53 раза больше, чем на Земле (1,88 умножить на 1,88 = 3,53).
В конечном итоге она составляет там около 1/3 части земной силы тяжести (3,53: 9,31 = 0,38). Таким же образом можно определить напряжение силы тяжести на любом небесном теле.

Допустим, что на Земле космонавт-путешественник весит 60 кг. Тогда для других планет получим следующие значения веса:

Меркурий - 22.6 кг
Венера - 54.4 кг
Луна - 9.9 кг
Марс - 22.6 кг
Юпитер - 141.8 кг
Сатурн - 54.9 кг
Уран - 53.3 кг
Нептун - 67.5 кг
Плутон - 4 кг

Следует заметить, что для планет-гигантов значения веса даны на уровне верхнего облачного слоя, а не на уровне твердой поверхности, как у Меркурия, Венеры, Земли, Марса и у Плутона.

Вполне понятно, что путешествовать по другим планетам человек может только в специальном герметичном скафандре, снабженном приборами системы жизнеобеспечения. Вес скафандра американских астронавтов, в котором они выходили на поверхность Луны, равен примерно весу взрослого человека. Поэтому приведенные значения веса космического путешественника на других планетах надо по меньшей мере удвоить. Только тогда весовые величины будут близки к действительным.

Изменится ли у первых путешественников на Марс исчисление возраста?

Ведь что такое год на Земле? Это время, за которое Земля совершает полный оборот вокруг Солнца. На других планетах это происходит за разное время. Поэтому год на каждой планете имеет свою продолжительность.

Например, если ваш возраст на Земле 33 года, то результаты будут следующими:

Меркурий – 135 лет (Меркурий обращающается вокруг Солнца за 88 земных суток).
Венера – 53 года (период обращения в 224,7земных суток).
Марс – 17 лет (период обращения в 686,98 земных суток).
Юпитер – 2,73 года (период обращения в 4332,589 земных суток).
Сатурн – 1 год (период обращения в 10 759,22 земных суток).

Итак, космонавт, имеющий на Земле вес 60 кг и возраст 33 года, на Марсе будет весить около 23 кг, а лет ему будет всего 17, но марсианских.

Предметы или люди, как, например, показанный на рисунке передвигающийся прыжками космонавт, весят на Луне меньше, чем на Земле, из-за более слабого гравитационного поля Луны. Сила тяжести - это фундаментальная сила тяготения, которая распространяется через космическое пространство и действует на все физические тела.

Гравитационное притяжение между любыми двумя телами, например, между планетой и человеком, может быть определено количественно, если известна масса каждого тела и расстояние между ними. Масса, сохраняющаяся постоянной, является количественной мерой материи, содержащейся в теле. Что касается веса, то он является мерой силы тяжести, действующей на тело. Чем сильнее гравитационное поле, тем больше будет вес тела и тем выше будет его ускорение; чем слабее гравитационное поле, тем меньше будет вес тела и тем меньшее ускорение оно будет испытывать. Силовые характеристики гравитационных полей зависят от размеров тел, которые они окружают, поэтому вес любого тела не является фиксированной величиной.

На изображении Луны (слева) и Земли (справа) :

1. На Луне вес космонавта уменьшается в шесть раз по сравнению с его весом на Земле, поскольку сила притяжения на Луне составляет всего одну шестую часть от земной.
2. По возвращении с Луны (рисунок справа), космонавт, показанный на рисунке под текстом, весит на Земле в шесть раз больше, чем он весил на Луне. Имея большую массу, чем Луна, Земля развивает более высокую силу гравитационного притяжения.

Подобно камням в колодце

В гравитационных полях, схематически изображенных на рисунке под текстом, Луна (левая часть рисунка) создает меньшую силу притяжения, чем более массивная Земля (правая часть рисунка). Преодоление силы тяжести похоже на вылезание из колодца. Чем больше сила тяжести, тем глубже колодец и тем отвесней его стенки.

Сущность взаимного тяготения тел

Луна и Земля (соответственно, левый и правый рисунки над текстом) притягивают к себе тела, находящиеся около их поверхности; тела в свою очередь также создают силу притяжения, пропорциональную их массе. Большее расстояние между Луной и человеком на левом рисунке и меньшая масса Луны способствуют более слабой гравитационной связи, в то время как у пары на правом рисунке большая масса Земли обеспечивает более сильное притяжение.

Масса Луны в среднем составляет около 7,3477 х 10 22 кг.

Луна - единственный спутник Земли и ближайшее к ней небесное тело. Источником свечения Луны является Солнце, поэтому мы всегда наблюдаем только лунную часть, обращенную к великому светилу. Вторая половинка Луны в это время погружена в космическую тьму, ожидая своей очереди выйти «на свет». Расстояние между Луной и Землей составляет примерно 384467 км. Итак, сегодня мы узнаем, сколько весит Луна по сравнению с другими «обитателями» Солнечной системы, а также изучим интересные факты об этом таинственном земном спутнике.

Почему Луна так называется?

Древние римляне Луной называли богиню ночного света, именем которой со временем нарекли само ночное светило. Согласно другим источникам, слово «луна» имеет индоевропейские корни и означает «светлая» - и не зря, ведь по яркости земной спутник находится на втором месте после Солнца. В древнегреческом языке звезду, светящую холодным желтоватым светом на ночном небосводе, называли именем богини Селены.

Что такое вес Луны?

Луна весит около 7,3477 х 1022 кг.

Действительно, в физическом плане такого понятия, как «вес планеты» не существует. Ведь весом считается сила воздействия тела на горизонтальную поверхность. Как вариант – если тело подвешено на вертикальную нить, то его весом является сила растяжения телом этой нити. Понятно, что Луна не расположена на поверхности и не находится в «подвешенном» состоянии. Так что, с физической точки зрения, Луна не имеет веса. Поэтому, будет уместнее говорить о массе этого небесного тела.

Вес Луны и ее движение – какая взаимосвязь?

Издавна люди пытались разгадать «тайну» движения спутника Земли. Теория движения Луны, впервые созданная американским астрономом Е. Брауном в 1895 году, стала основой современных расчетов. Однако для определения точного движения Луны требовалось знать ее массу, а также различные коэффициенты тригонометрических функций.

Однако благодаря достижениям современной науки появилась возможность провести более точные расчеты. С помощью метода лазерной локации можно определить размер небесного тела с погрешностью всего в пару сантиметров. Так, ученые выявили и доказали, что масса Луны в 81 раз меньше массы нашей планеты, а радиус Земли – в 37 раз больше аналогичного лунного параметра.

Конечно, подобные открытия стали возможны только с наступлением эры космических спутников. А вот ученые эпохи великого «первооткрывателя» закона всемирного тяготения Ньютона определяли массу Луны, исследуя приливы, вызванные периодическими изменениями положения небесного тела относительно Земли.

Луна – характеристики и цифры

• поверхность - 38 млн км 2 , что составляет примерно 7,4% поверхности Земли
• объем – 22 млрд м 3 (2% от величины аналогичного земного показателя)
• средняя плотность – 3,34 г/см 3 (у Земли – 5,52 г/см 3)
• сила тяжести – равна 1/6 земной

Луна – довольно-таки «тяжелый» небесный спутник, не характерный для планет земного типа. Если сравнить массу всех планетарных спутников, то Луна окажется на пятом месте. Даже Плутон, считавшийся до 2006 года полноправной планетой, по массе меньше Луны более, чем в пять раз. Как известно, Плутон состоит из горных пород и льда, так что его плотность небольшая – примерно 1,7 г/см 3 . А вот Ганимед, Титан, Каллисто и Ио, являющиеся спутниками планет-гигантов Солнечной системы, превосходят по массе Луну.

Известно, что сила тяжести или гравитации любого тела во Вселенной заключается в наличии силы притяжения между разными телами. В свою очередь, величина силы притяжения зависит от массы тел и расстояния между ними. Так, Земля притягивает человека к своей поверхности – а не наоборот, поскольку планета намного больше по размеру. При этом сила земного притяжения равна весу человека. Попробуем увеличить расстояние между центром Земли и человеком в два раза (например, взберемся на гору высотой 6500 км над земной поверхностью). Теперь человек весит в четыре раза меньше!

А вот Луна по массе значительно уступает Земле, следовательно, лунная сила гравитации также меньше силы земного притяжения. Так что астронавты, впервые высадившиеся на лунную поверхность, могли совершать невообразимые прыжки – даже при наличии увесистого скафандра и прочего «космического» снаряжения. Ведь на Луне вес человека уменьшается в целых шесть раз! Самое подходящее место для установления «межпланетных» олимпийских рекордов по прыжкам в высоту.

Итак, теперь мы знаем, сколько весит Луна, ее основные характеристики, а также другие интересные факты о массе этого загадочного земного спутника.

Представим себе, что мы отправляемся в путешествие но Солнечной системе. Какова сила тяжести на других планетах? На каких мы будем легче, чем на Земле, а на каких тяжелее?

Пока мы еще не покинули Землю, проделаем такой опыт: мысленно опустимся на один из земных полюсов, а затем представим себе, что мы перенеслись на экватор. Интересно, изменился ли наш вес?

Известно, что вес любою тела определяется силой притяжения (силой тяжести). Она прямо пропорциональна массе планеты и обратно пропорциональна квадрату ее радиуса (об этом мы впервые узнали из школьного учебника физики). Следовательно, если бы наша Земля была строго шарообразна, то вес каждого предмета при перемещении по ее поверхности оставался бы неизменным.

Но Земля — не шар. Она сплюснута у полюсов и вытянута вдоль экватора. Экваториальный радиус Земли длиннее полярного на 21 км. Выходит, что сила земного притяжения действует на экваторе как бы издалека. Вот ничему вес одного и того же тела в разных местах Земли неодинаков. Тяжелее всего предметы должны быть на земных полюсах и легче всего — на экваторе. Здесь они становятся легче на 1/190 по сравнению с их весом на полюсах. Конечно, обнаружить это изменение веса можно только с помощью пружинных весов. Небольшое уменьшение веса предметов на экваторе происходит также за счет центробежной силы, возникающей вследствие вращения Земли. Таким образом, вес взрослого человека, прибывшего с высоких полярных широт на экватор, уменьшится в обшей сложности примерно на 0,5 кг.

Теперь уместно спросить: а как будет изменяться вес человека, по мере его путешествия по просторам Солнечной системы?

Наша первая космическая станция — Марс. Сколько же человек будет весить на Марсе? Сделать такой расчет нетрудно. Для этого необходимо знать массу и радиус Марса.

Как известно, масса «красной планеты» в 9,31 раза меньше массы Земли, а радиус в 1,88 раза уступает радиусу земного шара. Следовательно, из-за действия первого фактора сила тяжести па поверхности Марса должна быть в 9,31 раза меньше, а из-за второго — в 3,53 раза больше, чем у нас (1,88 . 1,88 = 3,53). В конечном счете она составляет там немногим более 1/3 части земной силы тяжести (3,53: 9,31 = 0,38). Таким же образом можно определить напряжение силы тяжести на любом небесном теле.

Земля но напряжению силы тяжести занимает промежуточное положение между планетами-гигантами. На двух из них — Сатурне и Уране — сила тяжести несколько меньше, чем на Земле, а на двух других — Юпитере и Нептуне — больше. Правда, для Юпитера и Сатурна вес дал с учетом действия центробежной силы (они быстро вращаются). Последняя уменьшает вес тела на несколько процентов.

Следует заметить, что для планет-гигантов значения веса даны на уровне верхнего облачного слоя, а не на уровне твердой поверхности, как у земноподобных планет (Меркурия, Венеры, Земли, Марса) и у Плутона.

На поверхности Венеры человек окажется почти на 10% легче, чем па Земле. Зато на Меркурии и на Марсе уменьшение веса произойдет в 2,6 раза. Что же касается Плутона, то на нем человек будет в 2,5 раза легче, чем на Луне, или в 15,5 раза легче, чем в земных условиях.

Вполне понятно, что путешествовать по другим планетам человек может только в специальном герметичном скафандре, снабженном приборами системы жизнеобеспечения. Вес скафандра американских астронавтов, в котором они выходили, на поверхность Лупы, равен примерно весу взрослого человека. Поэтому приведенные памп значения веса космического путешественника на других планетах надо но меньшей мере удвоить. Только тогда мы получим весовые величины, близкие к действительным.

Люди, мало начитанные в астрономии, нередко высказывают изумление по поводу того, что ученые, не посетив Луны и планет, уверенно говорят о силе тяжести на их поверхности. Между тем совсем нетрудно рассчитать, сколько килограммов должна весить гиря, перенесенная на другие миры. Для этого нужно лишь знать радиус и массу небесного тела.

Определим, например, напряжение силы тяжести на Луне. Масса Луны, как мы знаем, в 81 раз меньше массы Земли. Если бы Земля обладала такой маленькой массой, то напряжение силы тяжести на ее поверхности было бы в 81 раз слабее, чем теперь. Но по закону Ньютона шар притягивает так, словно вся его масса сосредоточена в центре. Центр Земли отстоит от ее поверхности на расстоянии земного радиуса, центр Луны – на расстоянии лунного радиуса. Но лунный радиус составляет 27/100 земного, а от уменьшения расстояния в 100/27 раза сила притяжения увеличивается в (100/27) 2 раз. Значит, в конечном итоге напряжение силы тяжести на поверхности Луны составляет

Итак, гиря в 1 кг, перенесенная на поверхность

Луны, весила бы там только 1/6 кг, но, конечно, уменьшение веса можно было бы обнаружить только с помощью пружинных весов (рис. 90), а не рычажных.

Рис. 90. Сколько весил бы человек на разных планетах. Вес человека на Плутоне – не 18 кг, а всего лишь 3,6 кг (по современным данным)

Любопытно, что если бы на Луне существовала вода, пловец чувствовал бы себя в лунном водоеме так же, как на Земле. Его вес уменьшился бы в шесть раз, но во столько же раз уменьшился бы и вес вытесняемой им воды; соотношение между ними было бы такое же, как на Земле, и пловец погружался бы в воду Луны ровно на столько же, на сколько погружается он у нас.

Впрочем, усилия подняться над водой дали бы на Луне более заметный результат: раз вес тела пловца уменьшился, оно может быть поднято меньшим напряжением мускулов.

Ниже приведена табличка величины силы тяжести на разных планетах по сравнению с земной.

Как видно из таблички, наша Земля по силе тяжести стоит на пятом месте в солнечной системе после Юпитера, Нептуна, Сатурна и Урана.