Ilmu
Di Bumi, kita menganggap remeh gravitasi. Namun, gaya gravitasi yang menyebabkan benda-benda tertarik satu sama lain sebanding dengan massanya, jauh lebih besar daripada sebuah apel yang jatuh di kepala Newton. Berikut adalah fakta paling aneh tentang kekuatan universal ini.
Itu semua ada di kepala kita
Gaya gravitasi adalah fenomena yang konstan dan konsisten, namun persepsi kita terhadap gaya ini tidaklah demikian. Menurut sebuah penelitian yang diterbitkan pada bulan April 2011 di jurnal PLoS ONE, orang dapat membuat penilaian yang lebih akurat tentang benda yang jatuh sambil duduk.
Para peneliti menyimpulkan bahwa persepsi kita tentang gravitasi tidak didasarkan pada arah visual gaya yang sebenarnya, melainkan lebih pada "orientasi" benda.
Temuan ini dapat mengarah pada strategi baru untuk membantu astronot mengatasi gayaberat mikro di luar angkasa.
Turun dengan keras ke tanah
Pengalaman para astronot menunjukkan bahwa transisi dari keadaan tanpa bobot dan kembali bisa sangat sulit bagi tubuh manusia. Tanpa adanya gravitasi, otot mulai mengalami atrofi, dan tulang juga mulai kehilangan massa tulang. Menurut NASA, astronot bisa kehilangan hingga 1 persen massa tulangnya per bulan.
Sekembalinya ke bumi, tubuh dan pikiran astronot memerlukan jangka waktu untuk pulih. Tekanan darah yang di ruang angkasa menjadi sama di seluruh tubuh, harus kembali berfungsi normal, dimana jantung bekerja dengan baik dan otak menerima nutrisi yang cukup.
Terkadang restrukturisasi tubuh mempunyai dampak yang sangat parah pada astronot, baik secara fisik (pingsan berulang kali, dll) maupun secara emosional. Misalnya, seorang astronot menceritakan bagaimana, sekembalinya dari luar angkasa, dia memecahkan sebotol lotion aftershave di rumah, karena dia lupa bahwa jika dia melepaskannya ke udara, botol itu akan jatuh dan pecah, dan tidak akan mengapung di dalamnya.
Untuk menurunkan berat badan, "coba Pluto"
Di planet kerdil ini, seseorang dengan berat 68 kilogram akan memiliki berat tidak lebih dari 4,5 kg.
Sebaliknya, di planet dengan tingkat gravitasi tertinggi, Jupiter, orang yang sama akan memiliki berat sekitar 160,5 kg.
Seseorang mungkin juga akan merasa seperti bulu di Mars, karena gaya gravitasi di planet ini hanya 38 persen dari gaya gravitasi di bumi, yaitu orang dengan berat 68 kilogram akan merasakan betapa ringannya gaya berjalannya, karena beratnya hanya akan bertambah. 26kg.
Gravitasi yang berbeda
Bahkan di bumi, gravitasi tidak sama di semua tempat. Karena bentuk bola bumi yang tidak ideal, massanya tersebar tidak merata. Oleh karena itu, massa yang tidak rata berarti gravitasi yang tidak merata.
Salah satu anomali gravitasi misterius diamati di Teluk Hudson di Kanada. Wilayah ini memiliki gravitasi yang lebih rendah dibandingkan wilayah lainnya, dan sebuah penelitian pada tahun 2007 mengidentifikasi penyebabnya adalah mencairnya gletser.
Es yang pernah menutupi kawasan ini pada Zaman Es terakhir telah lama mencair, namun Bumi belum sepenuhnya lepas dari bebannya. Karena gravitasi suatu wilayah sebanding dengan massa wilayah tersebut, dan "jejak glasial" telah menyingkirkan sebagian massa bumi, maka gravitasi menjadi lebih lemah di sini. Deformasi kerak kecil menyebabkan 25-45 persen gaya gravitasi rendah yang luar biasa ini, dan juga disebabkan oleh pergerakan magma di mantel bumi.
Tanpa gravitasi, beberapa virus akan menjadi lebih kuat
Berita buruk bagi taruna luar angkasa: Beberapa bakteri menjadi tidak tertahankan di luar angkasa.
Dengan tidak adanya gravitasi, aktivitas setidaknya 167 gen dan 73 protein berubah pada bakteri.
Tikus yang memakan makanan dengan salmonella seperti itu lebih cepat sakit.
Dengan kata lain, bahaya infeksi tidak selalu datang dari luar angkasa; kemungkinan besar bakteri kita sendiri mendapatkan kekuatan untuk menyerang.
Lubang hitam di pusat galaksi
Dinamakan demikian karena tidak ada sesuatu pun, bahkan cahaya, yang dapat lepas dari tarikan gravitasinya. Lubang hitam adalah salah satu objek paling merusak di alam semesta. Di pusat galaksi kita terdapat lubang hitam masif dengan massa 3 juta matahari. Kedengarannya menakutkan, bukan? Namun, menurut para ahli dari Universitas Kyoto, lubang hitam tersebut saat ini “hanya beristirahat”.
Faktanya, lubang hitam tidak menimbulkan bahaya bagi kita penduduk bumi, karena jaraknya sangat jauh dan berperilaku sangat tenang. Namun, pada tahun 2008 dilaporkan bahwa lubang tersebut mengeluarkan semburan energi sekitar 300 tahun yang lalu. Studi lain yang diterbitkan pada tahun 2007 menemukan bahwa beberapa ribu tahun yang lalu, sebuah "cegukan galaksi" mengirimkan sejumlah kecil material seukuran Merkurius ke dalam lubang ini, sehingga mengakibatkan ledakan dahsyat.
Lubang hitam yang diberi nama Sagitarius A* ini memiliki bentuk yang relatif kabur dibandingkan lubang hitam lainnya. “Kelemahan ini berarti bintang dan gas jarang berada terlalu dekat dengan lubang hitam,” kata Frederick Baganoff, peneliti postdoctoral di Massachusetts Institute of Technology. “Nafsu makannya besar, tapi belum terpuaskan.”
Gravitasi adalah konsep yang tampaknya sederhana, diketahui setiap orang sejak sekolah. Kita semua ingat kisah bagaimana sebuah apel jatuh di kepala Newton dan dia menemukan hukum gravitasi universal. Namun, semuanya tidak sesederhana kelihatannya. Pada artikel tersebut kami akan mencoba memberikan jawaban yang jelas dan komprehensif atas pertanyaan: apa itu gravitasi? Kami juga akan membahas mitos dan kesalahpahaman utama tentang fenomena menarik ini.
Secara sederhana, gravitasi adalah gaya tarik menarik antara dua benda di alam semesta. Gravitasi dapat ditentukan dengan mengetahui massa benda dan jarak satu sama lain. Semakin kuat medan gravitasi, semakin besar berat benda dan semakin tinggi percepatannya. Misalnya, di Bulan, berat seorang astronot akan enam kali lebih ringan dibandingkan di Bumi. Kuatnya medan gravitasi bergantung pada besar kecilnya benda yang mengelilinginya. Dengan demikian, gravitasi bulan enam kali lebih rendah dibandingkan gravitasi bumi. Hal ini pertama kali dibuktikan dan dibuktikan secara ilmiah menggunakan perhitungan matematis pada abad ke-17 oleh Isaac Newton.
Apa yang menimpa kepala Newton?
Terlepas dari kenyataan bahwa ilmuwan besar Inggris itu sendiri sebagian membenarkan legenda terkenal tentang apel dan cedera kepala, namun sekarang kita dapat mengatakan dengan yakin bahwa selama penemuan hukum gravitasi universal tidak ada cedera atau wawasan. Landasan yang meletakkan dasar bagi era baru dalam ilmu pengetahuan alam adalah karya “Prinsip Matematika Filsafat Alam”. Di dalamnya, Newton menjelaskan hukum gravitasi dan hukum penting mekanika yang ia temukan melalui kerja keras bertahun-tahun. Fisikawan terkenal itu adalah orang yang santai dan bijaksana, sebagaimana layaknya seorang ilmuwan yang brilian. Oleh karena itu, lebih dari 20 tahun telah berlalu sejak awal pemikiran tentang sifat gravitasi hingga diterbitkannya karya ilmiah tentangnya. Namun, legenda tentang buah yang jatuh mungkin memiliki dasar yang nyata, tetapi kepala fisikawan tersebut tetap utuh.
Hukum tarik-menarik telah dipelajari sebelum Isaac Newton oleh berbagai tokoh ilmiah. Namun hanya dialah orang pertama yang secara matematis membuktikan hubungan langsung antara gravitasi dan pergerakan planet. Artinya, apel yang jatuh dari dahannya dan perputaran bulan mengelilingi bumi dikendalikan oleh gaya yang sama - gravitasi. Dan itu bekerja pada dua benda mana pun di alam semesta. Penemuan-penemuan ini meletakkan dasar bagi apa yang disebut mekanika angkasa, serta ilmu dinamika. Model Newton mendominasi sains selama lebih dari dua abad hingga munculnya teori relativitas dan mekanika kuantum.
Apa pendapat ilmuwan modern tentang gravitasi?
Gravitasi adalah yang terlemah dari empat interaksi mendasar yang diketahui saat ini yang mempengaruhi semua partikel dan benda yang tersusun di dalamnya. Selain interaksi gravitasi, ini juga termasuk interaksi elektromagnetik, kuat dan lemah. Mereka dipelajari berdasarkan teori yang berbeda, misalnya, dalam perkiraan kecepatan gravitasi kecil, teori gravitasi Newton digunakan. Dalam kasus umum, teori relativitas umum Einstein digunakan. Selain itu, deskripsi gravitasi dalam batas kuantum harus dilakukan dengan menggunakan teori kuantum yang belum muncul.
Tentu saja, fisika saat ini sangatlah kompleks dan jauh melampaui pemahaman orang awam tentang dunia di sekitarnya. Namun hal ini perlu diperhatikan setidaknya pada tataran konsep dasar, karena tidak menutup kemungkinan dalam waktu dekat kita akan menyaksikan penemuan-penemuan menakjubkan di bidang ini yang secara radikal akan mengubah kehidupan umat manusia. Ini akan menjadi canggung jika Anda tidak mengerti apa yang sedang terjadi.
Mitos tentang gravitasi
Bukan hanya ketidaktahuan, penemuan-penemuan baru yang terus menerus di bidang ilmiah ini memunculkan berbagai absurditas dan mitos tentang gravitasi. Nah, berikut beberapa kesalahpahaman umum tentang fenomena unik ini:
- Satelit buatan tidak akan pernah meninggalkan orbit bumi dan akan selamanya berputar mengelilinginya. Itu tidak benar. Faktanya, selain gravitasi di luar angkasa, ada berbagai faktor lain yang mempengaruhi orbit suatu benda. Ini termasuk perlambatan atmosfer pada orbit rendah dan medan gravitasi Bulan dan planet lain. Kemungkinan besar, jika satelit dibiarkan berputar tak terkendali dalam waktu lama, orbitnya akan berubah, dan akhirnya akan terbang ke luar angkasa atau jatuh ke permukaan benda di dekatnya.
- Tidak ada gravitasi di luar angkasa. Bahkan di stasiun di mana astronot berada dalam keadaan tanpa bobot, terdapat gravitasi yang cukup kuat, sedikit lebih kecil dibandingkan di Bumi. Lalu mengapa mereka tidak jatuh? Kita dapat mengatakan bahwa para pegawai stasiun tampaknya terus-menerus jatuh, tetapi mereka tidak akan jatuh.
- Benda yang mendekati lubang hitam akan terkoyak. Mitos yang cukup terkenal. Gaya gravitasi lubang hitam memang akan meningkat saat Anda mendekatinya, tetapi gaya pasang surut belum tentu sekuat itu. Kemungkinan besar mereka memiliki nilai yang terbatas pada cakrawala peristiwa, karena jaraknya dihitung dari pusat lubang.
Terlepas dari kenyataan bahwa gravitasi adalah interaksi terlemah antara benda-benda di Alam Semesta, signifikansinya dalam fisika dan astronomi sangat besar, karena gravitasi dapat mempengaruhi benda-benda fisik pada jarak berapa pun di ruang angkasa.
Jika Anda tertarik dengan astronomi, Anda mungkin bertanya-tanya apa itu konsep gravitasi atau hukum gravitasi universal. Gravitasi adalah interaksi mendasar universal antara semua benda di Alam Semesta.
Penemuan hukum gravitasi dikaitkan dengan fisikawan terkenal Inggris Isaac Newton. Mungkin banyak dari Anda yang mengetahui kisah apel yang jatuh di kepala ilmuwan terkenal. Namun jika menilik lebih jauh ke dalam sejarah, Anda dapat melihat bahwa keberadaan gravitasi telah dipikirkan jauh sebelum zamannya oleh para filsuf dan ilmuwan zaman dahulu, misalnya Epicurus. Namun, Newton-lah yang pertama kali menggambarkan interaksi gravitasi antara benda fisik dalam kerangka mekanika klasik. Teorinya dikembangkan oleh ilmuwan terkenal lainnya, Albert Einstein, yang dalam teori relativitas umumnya lebih akurat menggambarkan pengaruh gravitasi di ruang angkasa, serta perannya dalam kontinum ruang-waktu.
Hukum gravitasi universal Newton menyatakan bahwa gaya tarik menarik gravitasi antara dua titik bermassa yang dipisahkan oleh jarak berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dan berbanding lurus dengan kedua massa. Gaya gravitasi bersifat jangka panjang. Artinya, tidak peduli bagaimana suatu benda bermassa bergerak, dalam mekanika klasik potensi gravitasinya akan bergantung sepenuhnya pada posisi benda tersebut pada waktu tertentu. Semakin besar massa suatu benda, semakin besar medan gravitasinya – semakin kuat pula gaya gravitasi yang dimilikinya. Benda-benda luar angkasa seperti galaksi, bintang, dan planet memiliki gaya gravitasi terbesar dan karenanya memiliki medan gravitasi yang cukup kuat.
Bidang gravitasi
medan gravitasi bumi
Medan gravitasi adalah jarak terjadinya interaksi gravitasi antar benda di alam semesta. Semakin besar massa suatu benda, semakin kuat medan gravitasinya - semakin besar dampaknya terhadap benda fisik lain dalam ruang tertentu. Medan gravitasi suatu benda adalah potensial. Inti dari pernyataan sebelumnya adalah jika Anda memasukkan energi potensial tarik-menarik antara dua benda, maka energi tersebut tidak akan berubah setelah benda tersebut dipindahkan sepanjang lingkaran tertutup. Oleh karena itu muncullah hukum kekekalan terkenal lainnya tentang jumlah energi potensial dan kinetik dalam lingkaran tertutup.
Di dunia material, medan gravitasi sangatlah penting. Ia dimiliki oleh semua benda material di Alam Semesta yang mempunyai massa. Medan gravitasi tidak hanya mempengaruhi materi, tetapi juga energi. Karena pengaruh medan gravitasi benda-benda kosmik besar seperti lubang hitam, quasar, dan bintang supermasif, terbentuklah tata surya, galaksi, dan gugus astronomi lainnya, yang bercirikan struktur logis.
Data ilmiah terbaru menunjukkan bahwa efek perluasan alam semesta yang terkenal juga didasarkan pada hukum interaksi gravitasi. Secara khusus, perluasan Alam Semesta difasilitasi oleh medan gravitasi yang kuat, baik benda kecil maupun terbesar.
Radiasi gravitasi dalam sistem biner
Radiasi gravitasi atau gelombang gravitasi adalah istilah yang pertama kali diperkenalkan ke dalam fisika dan kosmologi oleh ilmuwan terkenal Albert Einstein. Radiasi gravitasi dalam teori gravitasi dihasilkan oleh pergerakan benda material dengan percepatan yang bervariasi. Selama percepatan suatu benda, gelombang gravitasi seolah-olah “melepaskan diri” darinya, yang menyebabkan osilasi medan gravitasi di ruang sekitarnya. Ini disebut efek gelombang gravitasi.
Meskipun gelombang gravitasi diprediksi oleh teori relativitas umum Einstein dan teori gravitasi lainnya, gelombang tersebut tidak pernah terdeteksi secara langsung. Hal ini terutama disebabkan oleh ukurannya yang sangat kecil. Namun, dalam astronomi terdapat bukti tidak langsung yang dapat mengkonfirmasi efek ini. Jadi, pengaruh gelombang gravitasi dapat diamati pada contoh konvergensi bintang ganda. Pengamatan mengkonfirmasi bahwa laju konvergensi bintang biner sampai batas tertentu bergantung pada hilangnya energi dari objek kosmik ini, yang mungkin dihabiskan untuk radiasi gravitasi. Para ilmuwan akan dapat mengkonfirmasi hipotesis ini secara andal dalam waktu dekat menggunakan teleskop Advanced LIGO dan VIRGO generasi baru.
Dalam fisika modern, ada dua konsep mekanika: klasik dan kuantum. Mekanika kuantum dikembangkan relatif baru dan secara fundamental berbeda dari mekanika klasik. Dalam mekanika kuantum, benda (kuanta) tidak mempunyai posisi dan kecepatan yang pasti; semuanya didasarkan pada probabilitas. Artinya, suatu benda dapat menempati suatu tempat tertentu dalam ruang pada suatu titik waktu tertentu. Ke mana dia akan pindah selanjutnya tidak dapat ditentukan secara pasti, tetapi hanya dengan tingkat kemungkinan yang tinggi.
Efek gravitasi yang menarik adalah ia dapat membengkokkan kontinum ruang-waktu. Teori Einstein menyatakan bahwa dalam ruang di sekitar sekumpulan energi atau zat material apa pun, ruang-waktu berbentuk melengkung. Dengan demikian, lintasan partikel yang berada di bawah pengaruh medan gravitasi zat ini berubah, sehingga memungkinkan untuk memprediksi lintasan pergerakannya dengan tingkat probabilitas yang tinggi.
Teori gravitasi
Saat ini para ilmuwan mengetahui lebih dari selusin teori gravitasi yang berbeda. Mereka dibagi menjadi teori klasik dan alternatif. Perwakilan paling terkenal dari teori gravitasi klasik adalah teori gravitasi Isaac Newton, yang ditemukan oleh fisikawan terkenal Inggris pada tahun 1666. Esensinya terletak pada kenyataan bahwa benda masif dalam mekanika menghasilkan medan gravitasi di sekelilingnya, yang menarik benda-benda kecil ke dirinya sendiri. Pada gilirannya, yang terakhir juga memiliki medan gravitasi, seperti benda material lainnya di Alam Semesta.
Teori gravitasi populer berikutnya ditemukan oleh ilmuwan Jerman terkenal dunia Albert Einstein pada awal abad ke-20. Einstein mampu mendeskripsikan gravitasi sebagai sebuah fenomena dengan lebih akurat, dan juga menjelaskan aksinya tidak hanya dalam mekanika klasik, tetapi juga di dunia kuantum. Teori relativitas umumnya menggambarkan kemampuan gaya seperti gravitasi untuk mempengaruhi kontinum ruang-waktu, serta lintasan partikel elementer di ruang angkasa.
Di antara teori gravitasi alternatif, teori relativistik, yang ditemukan oleh rekan senegara kita, fisikawan terkenal A.A., mungkin patut mendapat perhatian paling besar. logunov. Berbeda dengan Einstein, Logunov berpendapat bahwa gravitasi bukanlah suatu geometri, melainkan medan gaya fisik yang nyata dan cukup kuat. Di antara teori gravitasi alternatif, skalar, bimetrik, quasilinear dan lain-lain juga dikenal.
- Bagi orang-orang yang pernah berada di luar angkasa dan kembali ke Bumi, pada awalnya cukup sulit untuk membiasakan diri dengan kekuatan pengaruh gravitasi planet kita. Terkadang ini memerlukan waktu beberapa minggu.
- Terbukti tubuh manusia dalam keadaan tanpa bobot bisa kehilangan hingga 1% massa sumsum tulang per bulannya.
- Di antara planet-planet di tata surya, Mars memiliki gaya gravitasi paling kecil, dan Jupiter memiliki gaya gravitasi paling besar.
- Bakteri salmonella yang diketahui, yang menyebabkan penyakit usus, berperilaku lebih aktif dalam keadaan tidak berbobot dan mampu menyebabkan lebih banyak kerusakan pada tubuh manusia.
- Di antara semua objek astronomi yang diketahui di Alam Semesta, lubang hitam memiliki gaya gravitasi paling besar. Sebuah lubang hitam seukuran bola golf mungkin memiliki gaya gravitasi yang sama dengan gaya gravitasi seluruh planet kita.
- Gaya gravitasi bumi tidak sama di seluruh penjuru planet kita. Misalnya, di wilayah Teluk Hudson di Kanada, angkanya lebih rendah dibandingkan wilayah lain di dunia.
Kita hidup di Bumi, kita bergerak di sepanjang permukaannya, seolah-olah di sepanjang tepi tebing berbatu yang menjulang di atas jurang maut. Kita tetap berada di tepi jurang ini hanya karena apa yang mempengaruhi kita gaya gravitasi bumi; kita tidak jatuh dari permukaan bumi hanya karena, seperti kata mereka, kita mempunyai bobot tertentu. Kita akan langsung terbang dari “tebing” ini dan dengan cepat terbang ke jurang luar angkasa jika gravitasi planet kita tiba-tiba berhenti bekerja. Kita akan terus-menerus berlarian di jurang ruang dunia, tidak mengetahui bagian atas atau bawah.
Gerakan di Bumi
untuknya bergerak mengelilingi Bumi kita juga berhutang pada gravitasi. Kita berjalan di Bumi dan terus-menerus mengatasi perlawanan dari kekuatan ini, merasakan aksinya seperti beban berat di kaki kita. “Beban” ini terutama terasa saat mendaki menanjak, ketika harus menyeretnya, seperti semacam beban berat yang tergantung di kaki Anda. Tak kalah tajamnya pengaruhnya terhadap kita saat menuruni gunung, memaksa kita untuk mempercepat langkah. Mengatasi gravitasi saat bergerak mengelilingi bumi. Arah ini - "naik" dan "turun" - hanya ditunjukkan kepada kita oleh gravitasi. Di semua titik di permukaan bumi, arahnya hampir ke pusat bumi. Oleh karena itu, konsep “bawah” dan “atas” akan bertentangan secara diametris untuk apa yang disebut antipoda, yaitu masyarakat yang hidup di bagian permukaan bumi yang berlawanan secara diametral. Misalnya, arah yang menunjukkan “turun” bagi mereka yang tinggal di Moskow, menunjukkan “naik” bagi penduduk Tierra del Fuego. Arah yang menunjukkan "turun" bagi orang-orang di kutub dan di ekuator adalah sudut siku-siku; mereka tegak lurus satu sama lain. Di luar Bumi, dengan jarak darinya, gaya gravitasi berkurang, seiring dengan berkurangnya gaya gravitasi (gaya tarik-menarik Bumi, seperti benda dunia lainnya, meluas jauh di angkasa tanpa batas) dan gaya sentrifugal meningkat, yang mengurangi kekuatan gravitasi. Oleh karena itu, semakin tinggi kita mengangkat suatu beban, misalnya dalam balon, semakin sedikit beban tersebut.gaya sentrifugal bumi
Karena rotasi harian, gaya sentrifugal bumi. Gaya ini bekerja di seluruh permukaan bumi dengan arah tegak lurus terhadap sumbu bumi dan menjauhinya. Gaya sentrifugal kecil dibandingkan dengan gravitasi. Di khatulistiwa, ia mencapai nilai terbesarnya. Namun di sini, menurut perhitungan Newton, gaya sentrifugal hanya 1/289 dari gaya tarik menarik. Semakin jauh ke utara dari garis khatulistiwa, semakin kecil gaya sentrifugalnya. Di kutub sendiri nilainya nol.
Aksi gaya sentrifugal bumi. Pada ketinggian tertentu gaya sentrifugal akan meningkat sedemikian rupa sehingga sama dengan gaya tarik-menarik, dan gaya gravitasi pertama-tama akan menjadi nol, dan kemudian, dengan bertambahnya jarak dari Bumi, nilainya akan menjadi negatif dan akan terus meningkat, diarahkan ke arah yang berlawanan terhadap Bumi. Gravitasi
Gaya resultan gaya gravitasi bumi dan gaya sentrifugal disebut gravitasi. Gaya gravitasi di semua titik di permukaan bumi akan sama jika bola kita benar-benar akurat dan teratur, jika massanya memiliki kepadatan yang sama di semua tempat, dan, akhirnya, jika tidak ada rotasi harian pada porosnya. Namun, karena Bumi kita bukanlah bola biasa, seluruh bagiannya tidak terdiri dari batuan dengan kepadatan yang sama dan berotasi sepanjang waktu, maka akibatnya, gaya gravitasi pada setiap titik di permukaan bumi sedikit berbeda. Oleh karena itu, di setiap titik di permukaan bumi besarnya gravitasi tergantung pada besarnya gaya sentrifugal yang mengurangi gaya tarik menarik, pada kepadatan batuan bumi dan jarak dari pusat bumi.. Semakin besar jarak ini, semakin kecil gravitasinya. Jari-jari Bumi, yang salah satu ujungnya menghadap ekuator Bumi, adalah yang terbesar. Jari-jari yang berakhir di Kutub Utara atau Selatan adalah yang terkecil. Oleh karena itu, semua benda di ekuator memiliki gravitasi yang lebih kecil (beratnya lebih sedikit) dibandingkan di kutub. Diketahui bahwa di kutub gravitasinya lebih besar daripada di ekuator sebesar 1/289. Perbedaan gravitasi benda-benda yang sama di ekuator dan kutub dapat ditentukan dengan menimbangnya menggunakan neraca pegas. Jika kita menimbang benda pada timbangan dengan beban, maka kita tidak akan melihat perbedaan ini. Timbangan tersebut akan menunjukkan bobot yang sama baik di kutub maupun di ekuator; beban, seperti halnya benda yang ditimbang, tentu saja juga akan mengalami perubahan beratnya.
Skala pegas sebagai cara mengukur gravitasi di ekuator dan di kutub. Misalkan sebuah kapal dengan muatan berbobot sekitar 289 ribu ton berada di daerah kutub, dekat kutub. Setibanya di pelabuhan dekat khatulistiwa, kapal yang membawa muatan hanya akan berbobot sekitar 288 ribu ton. Jadi, di khatulistiwa kapal kehilangan berat sekitar seribu ton. Semua benda tertahan di permukaan bumi hanya karena gaya gravitasi yang bekerja padanya. Di pagi hari, ketika Anda bangun dari tempat tidur, Anda dapat menurunkan kaki Anda ke lantai hanya karena gaya ini menariknya ke bawah. Gravitasi di dalam bumi
Mari kita lihat bagaimana perubahannya gravitasi di dalam bumi. Saat kita bergerak lebih jauh ke dalam bumi, gravitasi terus meningkat hingga kedalaman tertentu. Pada kedalaman sekitar seribu kilometer, gravitasi akan mempunyai nilai maksimum (terbesar) dan akan meningkat dibandingkan nilai rata-ratanya di permukaan bumi (9,81 m/detik) sekitar lima persen. Dengan pendalaman lebih lanjut, gaya gravitasi akan terus berkurang dan di pusat bumi akan sama dengan nol.Asumsi mengenai rotasi bumi
Kita Bumi berputar membuat revolusi penuh pada porosnya dalam 24 jam. Gaya sentrifugal, seperti diketahui, meningkat sebanding dengan kuadrat kecepatan sudut. Oleh karena itu, jika bumi mempercepat putarannya pada porosnya sebanyak 17 kali lipat, maka gaya sentrifugalnya akan bertambah 17 kali kuadrat, yaitu 289 kali lipat. Dalam kondisi normal seperti disebutkan di atas, gaya sentrifugal di ekuator adalah 1/289 gaya gravitasi. Ketika meningkat 17 kali gaya gravitasi dan gaya sentrifugal menjadi sama. Gaya gravitasi - resultan kedua gaya tersebut - dengan peningkatan kecepatan rotasi aksial bumi akan sama dengan nol.
Nilai gaya sentrifugal selama rotasi bumi. Kecepatan rotasi bumi pada porosnya disebut kritis, karena dengan kecepatan rotasi planet kita, semua benda di ekuator akan kehilangan beratnya. Lamanya hari dalam kasus kritis ini kira-kira 1 jam 25 menit. Dengan percepatan rotasi bumi yang lebih jauh, semua benda (terutama di ekuator) pertama-tama akan kehilangan beratnya, dan kemudian akan terlempar ke luar angkasa karena gaya sentrifugal, dan Bumi sendiri akan terkoyak-koyak oleh gaya yang sama. Kesimpulan kita akan benar jika Bumi merupakan benda yang benar-benar kaku dan ketika gerak rotasinya dipercepat, tidak akan berubah bentuk, dengan kata lain, jika jari-jari ekuator bumi tetap bernilai. Namun diketahui bahwa seiring dengan percepatan rotasi bumi, permukaannya harus mengalami beberapa deformasi: ia akan mulai memampatkan ke arah kutub dan mengembang ke arah khatulistiwa; tampilannya akan semakin rata. Panjang jari-jari ekuator bumi akan mulai bertambah sehingga gaya sentrifugal pun bertambah. Dengan demikian, benda-benda di ekuator akan kehilangan beratnya sebelum kecepatan rotasi bumi meningkat 17 kali lipat, dan bencana bumi akan terjadi sebelum hari memperpendek durasinya menjadi 1 jam 25 menit. Dengan kata lain, kecepatan kritis rotasi bumi akan lebih rendah, dan panjang hari maksimum akan sedikit lebih panjang. Bayangkan secara mental bahwa kecepatan rotasi bumi, karena beberapa alasan yang tidak diketahui, akan mendekati kritis. Lalu apa yang akan terjadi pada penduduk bumi? Pertama-tama, di mana pun di Bumi, satu hari, misalnya, sekitar dua hingga tiga jam. Siang dan malam akan berubah secara kaleidoskopik dengan cepat. Matahari, seperti di planetarium, akan bergerak sangat cepat melintasi langit, dan segera setelah Anda punya waktu untuk bangun dan mandi, matahari akan menghilang di balik cakrawala, dan malam akan datang menggantikannya. Orang tidak lagi dapat menavigasi waktu secara akurat. Tidak ada yang tahu hari apa dalam bulan itu atau hari apa dalam seminggu. Kehidupan manusia yang normal akan menjadi tidak teratur. Jam pendulum akan melambat dan kemudian berhenti dimana-mana. Mereka berjalan karena gravitasi bekerja pada mereka. Lagi pula, dalam kehidupan kita sehari-hari, ketika “pejalan kaki” mulai tertinggal atau terburu-buru, pendulumnya perlu diperpendek atau diperpanjang, atau bahkan digantungkan beban tambahan pada pendulum. Benda-benda di garis khatulistiwa akan mengalami penurunan berat badan. Dalam kondisi imajiner ini akan dimungkinkan untuk mengangkat benda yang sangat berat dengan mudah. Tidak akan sulit untuk memanggul kuda, gajah, atau bahkan mengangkat seluruh rumah. Burung akan kehilangan kemampuan untuk mendarat. Sekawanan burung pipit sedang berputar-putar di atas bak air. Mereka berkicau dengan keras, namun tidak mampu turun. Segenggam biji-bijian yang dilemparkannya akan menggantung di atas bumi dalam bentuk butiran-butiran tersendiri. Mari kita asumsikan lebih jauh bahwa kecepatan rotasi bumi semakin mendekati kritis. Planet kita mengalami deformasi parah dan tampak semakin rata. Ia diibaratkan seperti komidi putar yang berputar cepat dan hendak membuang penghuninya. Sungai-sungai kemudian akan berhenti mengalir. Itu akan menjadi rawa-rawa yang sudah lama berdiri. Kapal laut yang besar hampir tidak akan menyentuh permukaan air dengan pantatnya, kapal selam tidak akan bisa menyelam ke kedalaman laut, ikan dan hewan laut akan mengapung di permukaan laut dan samudera, mereka tidak akan bisa lagi bersembunyi. di kedalaman laut. Pelaut tidak akan bisa lagi membuang sauh, tidak lagi bisa mengendalikan kemudi kapalnya, kapal besar dan kecil akan berdiri tak bergerak. Ini gambar imajiner lainnya. Kereta api penumpang berdiri di stasiun. Peluit telah dibunyikan; kereta harus berangkat. Pengemudi mengambil semua tindakan sesuai kekuatannya. Petugas pemadam kebakaran dengan murah hati melemparkan batu bara ke dalam kotak api. Percikan api besar beterbangan dari cerobong lokomotif. Roda berputar dengan putus asa. Namun lokomotifnya tidak bergerak. Rodanya tidak menyentuh rel dan tidak ada gesekan di antara keduanya. Akan tiba saatnya ketika orang tidak bisa turun ke lantai; mereka akan menempel seperti lalat di langit-langit. Biarkan kecepatan rotasi bumi meningkat. Gaya sentrifugal semakin melebihi gaya gravitasi dalam besarnya... Kemudian manusia, hewan, barang-barang rumah tangga, rumah, semua benda di bumi, seluruh dunia binatangnya akan terlempar ke ruang angkasa. Benua Australia akan terpisah dari Bumi dan menggantung di angkasa seperti awan hitam raksasa. Afrika akan terbang ke kedalaman jurang yang sunyi, menjauh dari Bumi. Perairan Samudera Hindia akan berubah menjadi tetesan bola dalam jumlah besar dan juga akan terbang dalam jarak yang tak terbatas. Laut Mediterania, yang belum sempat berubah menjadi kumpulan tetesan raksasa, dengan seluruh ketebalan airnya akan terpisah dari dasar, sehingga memungkinkan untuk berpindah dengan bebas dari Napoli ke Aljazair. Akhirnya, kecepatan rotasi akan meningkat pesat, gaya sentrifugal akan meningkat pesat, sehingga seluruh bumi akan terkoyak. Namun, hal ini juga tidak bisa terjadi. Kecepatan rotasi bumi, seperti yang kami katakan di atas, tidak bertambah, malah sebaliknya, malah sedikit berkurang - namun, sangat sedikit sehingga, seperti yang telah kita ketahui, selama 50 ribu tahun lamanya hari hanya bertambah satu. Kedua. Dengan kata lain, Bumi sekarang berputar dengan kecepatan yang diperlukan agar dunia hewan dan tumbuhan di planet kita dapat berkembang di bawah sinar Matahari yang berkalori tinggi dan memberi kehidupan selama ribuan tahun. Nilai gesekan
Sekarang mari kita lihat apa gesekan itu penting dan apa yang akan terjadi jika tidak ada. Gesekan, seperti yang Anda ketahui, berdampak buruk pada pakaian kita: lengan mantel akan aus terlebih dahulu, dan sol sepatu akan aus terlebih dahulu, karena lengan dan sol paling rentan terhadap gesekan. Namun bayangkan sejenak bahwa permukaan planet kita seolah-olah dipoles dengan baik, benar-benar halus, dan kemungkinan terjadinya gesekan akan dikecualikan. Bisakah kita berjalan di permukaan seperti itu? Tentu saja tidak. Semua orang tahu bahwa bahkan di atas es dan lantai yang dipoles pun sangat sulit untuk berjalan dan Anda harus berhati-hati agar tidak terjatuh. Namun permukaan es dan lantai yang dipoles masih mengalami gesekan.
Gaya gesekan di atas es. Jika gaya gesekan menghilang di permukaan bumi, maka kekacauan yang tak terlukiskan akan terjadi di planet kita selamanya. Jika tidak ada gesekan, laut akan mengamuk selamanya dan badai tidak akan pernah surut. Badai pasir tidak akan berhenti menyelimuti bumi, dan angin akan terus bertiup. Suara melodi piano, biola, dan auman mengerikan hewan pemangsa akan bercampur dan menyebar tanpa henti di udara. Tanpa adanya gesekan, benda yang mulai bergerak tidak akan pernah berhenti. Di permukaan bumi yang benar-benar mulus, berbagai benda dan benda akan selamanya bercampur ke berbagai arah. Dunia Bumi akan menjadi konyol dan tragis jika tidak ada gesekan dan daya tarik Bumi. Gaya gravitasi adalah gaya yang menyebabkan benda-benda bermassa tertentu yang terletak pada jarak tertentu satu sama lain tertarik satu sama lain.
Ilmuwan Inggris Isaac Newton menemukan hukum gravitasi universal pada tahun 1867. Ini adalah salah satu hukum dasar mekanika. Inti dari undang-undang ini adalah sebagai berikut:dua partikel material saling tarik menarik satu sama lain dengan gaya yang berbanding lurus dengan hasil kali massanya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya.
Gaya gravitasi merupakan gaya pertama yang dirasakan seseorang. Ini adalah gaya yang digunakan Bumi untuk bekerja pada semua benda yang terletak di permukaannya. Dan siapa pun merasakan kekuatan ini sebagai bebannya sendiri.
Hukum gravitasi
Ada legenda bahwa Newton menemukan hukum gravitasi universal secara tidak sengaja, saat berjalan di malam hari di taman orang tuanya. Orang-orang kreatif terus-menerus melakukan pencarian, dan penemuan-penemuan ilmiah bukanlah sebuah wawasan instan, melainkan buah dari kerja mental jangka panjang. Duduk di bawah pohon apel, Newton sedang memikirkan ide lain, dan tiba-tiba sebuah apel jatuh menimpa kepalanya. Newton memahami bahwa apel jatuh akibat gaya gravitasi bumi. “Tapi kenapa Bulan tidak jatuh ke Bumi? - dia pikir. “Ini berarti ada gaya lain yang bekerja padanya yang membuatnya tetap berada di orbit.” Inilah yang terkenal hukum gravitasi universal.
Para ilmuwan yang sebelumnya mempelajari rotasi benda langit percaya bahwa benda langit mematuhi hukum yang sangat berbeda. Artinya, diasumsikan bahwa terdapat hukum gravitasi yang sangat berbeda di permukaan bumi dan di luar angkasa.
Newton menggabungkan jenis gravitasi yang diusulkan ini. Menganalisis hukum Kepler yang menggambarkan pergerakan planet, ia sampai pada kesimpulan bahwa gaya tarik menarik muncul di antara benda apa pun. Artinya, baik apel yang jatuh di taman maupun planet-planet di luar angkasa dipengaruhi oleh gaya-gaya yang mematuhi hukum yang sama - hukum gravitasi universal.
Newton menetapkan bahwa hukum Kepler hanya berlaku jika ada gaya tarik menarik antar planet. Dan gaya ini berbanding lurus dengan massa planet-planet dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar planet.
Kekuatan tarik-menarik dihitung dengan rumus F=G m 1 m 2 / r 2
m 1 – massa benda pertama;
m 2– massa benda kedua;
R – jarak antar benda;
G – koefisien proporsionalitas, yang disebut konstanta gravitasi atau konstanta gravitasi universal.
Nilainya ditentukan secara eksperimental. G= 6,67 10 -11 Nm 2 /kg 2
Jika dua titik material yang massanya sama dengan satuan massa terletak pada jarak yang sama dengan satuan jarak, maka titik-titik tersebut akan tarik menarik dengan gaya yang sama dengan G.
Gaya tarik menarik adalah gaya gravitasi. Mereka juga dipanggil gaya gravitasi. Mereka tunduk pada hukum gravitasi universal dan muncul di mana-mana, karena semua benda mempunyai massa.
Gravitasi
Gaya gravitasi di dekat permukaan bumi adalah gaya yang menyebabkan semua benda tertarik ke bumi. Mereka memanggilnya gravitasi. Dianggap konstan jika jarak benda dari permukaan bumi kecil dibandingkan dengan jari-jari bumi.
Karena gravitasi, yaitu gaya gravitasi, bergantung pada massa dan jari-jari planet, maka gaya gravitasi di planet yang berbeda akan berbeda. Karena jari-jari Bulan lebih kecil dari jari-jari Bumi, maka gaya gravitasi di Bulan 6 kali lebih kecil dibandingkan di Bumi. Sebaliknya di Jupiter, gaya gravitasinya 2,4 kali lebih besar dibandingkan gaya gravitasi di Bumi. Namun berat badan tetap konstan, di mana pun diukur.
Banyak orang bingung antara arti berat dan gravitasi, karena percaya bahwa gravitasi selalu sama dengan berat. Tapi itu tidak benar.
Kekuatan yang digunakan tubuh untuk menekan penyangga atau meregangkan suspensi adalah berat. Jika penyangga atau suspensi dilepas, benda akan mulai jatuh dengan percepatan jatuh bebas di bawah pengaruh gravitasi. Gaya gravitasi sebanding dengan massa benda. Itu dihitung dengan rumusF= m G , Di mana M- massa tubuh, G - percepatan gravitasi.
Berat badan bisa berubah dan terkadang hilang sama sekali. Bayangkan kita berada di dalam lift di lantai paling atas. Liftnya sepadan. Pada saat ini, berat kita P dan gaya gravitasi F yang digunakan Bumi untuk menarik kita adalah sama. Namun begitu elevator mulai bergerak ke bawah dengan percepatan A , berat dan gravitasi tidak lagi sama. Menurut hukum kedua Newtonmg+ P = bu. P =mg -bu.
Dari rumusnya terlihat jelas bahwa berat badan kita semakin berkurang seiring dengan turunnya kita.
Pada saat elevator menambah kecepatan dan mulai bergerak tanpa percepatan, berat kita kembali sama dengan gravitasi. Dan saat elevator mulai melambat, akselerasinya A menjadi negatif dan berat badan bertambah. Kelebihan beban terjadi.
Dan jika benda bergerak ke bawah dengan percepatan jatuh bebas, maka beratnya akan menjadi nol sepenuhnya.
Pada A=G R=mg-ma= mg - mg=0
Ini adalah keadaan tanpa bobot.
Jadi, tanpa kecuali, semua benda material di Alam Semesta mematuhi hukum gravitasi universal. Dan planet-planet yang mengelilingi Matahari, dan semua benda yang terletak di dekat permukaan bumi.