Grawitacja ciekawostki

Grawitacja to fundamentalna siła przyciągająca, działająca między wszystkimi obiektami posiadającymi masę. To ona sprawia, że jabłko spada z drzewa, Ziemia trzyma atmosferę, a planety krążą wokół Słońca.

15 ciekawostek o grawitacji

1. Isaac Newton sformułował prawo powszechnego ciążenia 5 lipca 1687 roku po obserwacji spadającego jabłka w swoim ogrodzie w Woolsthorpe.

zobacz: Isaac Newton – 10 ciekawostek

2. Grawitacja jest najsłabszą z czterech podstawowych sił w przyrodzie. Jest około 10^36 razy słabsza od siły elektromagnetycznej. Dlatego magnes może z łatwością podnieść spinacz, pokonując grawitację całej Ziemi.

3. Galileusz jako pierwszy przeprowadził systematyczne eksperymenty z grawitacją, zrzucając różne przedmioty z Krzywej Wieży w Pizie około 1590 roku. Udowodnił, że wszystkie ciała spadają z tą samą prędkością niezależnie od masy.

zobacz: Galileusz – 10 ciekawostek

4. Ziemska grawitacja wynosi średnio 9,81 m/s², ale nie jest stała na całej planecie. Najsilniejsza jest w Peru (9,834 m/s²), a najsłabsza na szczycie Mount Nevado Huascarán (9,764 m/s²).

5. Albert Einstein zrewolucjonizował rozumienie grawitacji w 1915 roku, przedstawiając ogólną teorię względności. Według niego grawitacja to nie siła, lecz krzywizna czasoprzestrzeni spowodowana masą i energią.

zobacz: Albert Einstein – 23 ciekawostki

6. Pojęcie „punktu Lagrange’a” wprowadził Joseph-Louis Lagrange w 1772 roku. To miejsca w przestrzeni, gdzie siły grawitacyjne dwóch ciał niebieskich się równoważą, pozwalając trzeciem ciału pozostać w stabilnej pozycji.

7. Pierwszą sztuczną próbą zmierzenia grawitacji był eksperyment przeprowadzony przez Johna Michella w 1783 roku. Zaprojektował wagę skrętną, którą później udoskonalił i wykorzystał Cavendish.

Autor: Pasjonat

8. Jeśli Słońce zostałoby zastąpione czarną dziurą o tej samej masie, orbity planet pozostałyby niezmienione. Zmienia się tylko to, co dzieje się w pobliżu horyzontu zdarzeń, gdzie grawitacja staje się tak silna, że nawet światło nie może uciec.

9. Brian Greene w „Eleganckim wszechświecie” wyjaśnia, że grawitony – hipotetyczne cząstki przenoszące siłę grawitacyjną – byłyby tak słabe w oddziaływaniu, że aby wykryć pojedynczy grawiton, potrzebowalibyśmy detektora o rozmiarach Jowisza i gęstości ołowiu.

10. Michio Kaku w „Równoległych światach” opisuje, jak teoria strun przewiduje istnienie dodatkowych wymiarów przestrzennych. Grawitacja może wydawać się słaba, ponieważ „przecieka” do tych ukrytych wymiarów, podczas gdy inne siły są ograniczone do naszych trzech wymiarów.

Autor: Antykwariusz

11. Astronauci na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej doświadczają mikrograwitacji wynoszącej jedynie 0,89% grawitacji ziemskiej, ale to nie znaczy, że są poza zasięgiem ziemskiej grawitacji! Znajdują się zaledwie 408 km nad powierzchnią Ziemi, gdzie grawitacja wciąż wynosi około 90% tej z poziomu morza. Stan nieważkości wynika z ciągłego „spadania” wokół Ziemi z prędkością 7,66 km/s – to dokładnie ta prędkość, która pozwala im okrążać planetę, zamiast rozbić się o jej powierzchnię.

zobacz: 18 ciekawostek o Międzynarodowej Stacji Kosmicznej

12. Sondy Pioneer 10 i 11, wystrzelone w latach 70., zwalniały bardziej niż przewidywały obliczenia grawitacyjne. Dopiero w 2012 roku rozwiązano zagadkę. Okazało się, że niewidoczne promieniowanie cieplne emitowane przez sondy w kierunku przeciwnym do ruchu działało jak miniaturowy silnik rakietowy, powodując dodatkowe spowolnienie (o 8,74 × 10^-10 m/s² na sekundę).

13. Pływy morskie to nie tylko efekt przyciągania Księżyca – Słońce również ma swój udział, choć jego wpływ jest 2,17 razy słabszy. Kiedy Słońce, Księżyc i Ziemia układają się w linii (podczas nowiu lub pełni), ich siły się dodają, tworząc „pływy syzygjowe” – najwyższe z możliwych. Najwyższy naturalny pływ na Ziemi występuje w Zatoce Fundy w Kanadzie i może osiągnąć różnicę 16,3 metra między przypływem a odpływem.

14. Efekt Lense-Thirring, przewidziany przez ogólną teorię względności, pokazuje, że wirująca masa „porywa” za sobą czasoprzestrzeń. Ziemia, obracając się wokół własnej osi, porywa czasoprzestrzeń z prędkością zaledwie 2 metry na sekundę na wysokości satelitów GPS. To wydaje się niewiele, ale satelity musiały zostać zaprogramowane z uwzględnieniem tego efektu, inaczej system GPS miałby błąd lokalizacji rzędu kilku kilometrów dziennie.

15. Najbardziej ekstremalny gradient grawitacyjny w znanym wszechświecie występuje w pobliżu horyzontu zdarzeń supermasywnych czarnych dziur. W przypadku czarnej dziury Sagittarius A* w centrum naszej galaktyki (o masie 4,31 miliona Słońc), różnica w sile grawitacyjnej między stopami a głową hipotetycznego astronauty na horyzoncie zdarzeń wynosiłaby około 130 000 G na metr.

Autor: Cecily

Grawitacja pytania

Jak Einstein opisał grawitację?

Albert Einstein w 1915 roku zaprezentował Ogólną Teorię Względności, według której grawitacja nie jest siłą w klasycznym sensie, ale efektem zakrzywienia czasoprzestrzeni przez masę. Ciała poruszają się w tej zakrzywionej geometrii tak, jakby były przyciągane. To dlatego Księżyc nie „spada” na Ziemię, tylko porusza się po zakrzywionej trajektorii przestrzeni wokół niej.

Dlaczego czujemy ciężar ciała?

Ciężar to efekt działania siły grawitacji na masę ciała. Na powierzchni Ziemi przyspieszenie ziemskie wynosi średnio 9,81 m/s². To oznacza, że ciało o masie 10 kg „waży” około 98,1 N (niutonów). Różnice w odległości od środka Ziemi, np. na Mount Everest, powodują drobne zmiany w tym przyspieszeniu.

Czy grawitacja działa tylko na Ziemi?

Grawitacja działa wszędzie we Wszechświecie. To dzięki niej galaktyki się tworzą, czarne dziury przyciągają światło, a gazy zapadają się w gwiazdy. Nawet na poziomie subatomowym grawitacja działa, choć jest wtedy zdecydowanie słabsza niż inne oddziaływania, takie jak elektromagnetyzm czy oddziaływania jądrowe.

Jak silna jest grawitacja w porównaniu z innymi siłami?

Grawitacja jest najsłabszą z czterech podstawowych sił fizycznych. Na przykład siła elektromagnetyczna między dwoma elektronami jest aż 10³⁶ razy silniejsza niż siła grawitacyjna między nimi. To dlatego w skali atomowej i molekularnej grawitacja praktycznie nie odgrywa roli.

Co to są fale grawitacyjne?

Fale grawitacyjne to zmarszczki w czasoprzestrzeni, wywołane przez potężne przyspieszenia mas, np. zderzenia czarnych dziur czy gwiazd neutronowych. Ich istnienie przewidział Einstein, ale po raz pierwszy zaobserwowano je dopiero w 2015 roku przez detektor LIGO. Fale te poruszają się z prędkością światła i są niemal niemożliwe do wykrycia bez bardzo precyzyjnych instrumentów.

Czy można zneutralizować grawitację?

Obecnie nie znamy żadnej metody neutralizacji grawitacji, ponieważ nie znaleziono „ujemnej masy”, która działałaby przeciwnie. Technicznie istnieją zjawiska przypominające brak grawitacji, takie jak mikrograwitacja na orbicie, ale nie są to efekty wyłączenia grawitacji, tylko ciągłego spadania w stanie nieważkości.

Co to jest nieważkość?

Nieważkość to stan, w którym ciało nie doświadcza reakcji podłoża na siłę ciężkości, czyli pozorny brak grawitacji. Astronauci na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej nie są poza zasięgiem grawitacji Ziemi (ta nadal działa z ok. 90% siły), lecz znajdują się w stanie ciągłego spadania na zakrzywionej orbicie.

Czy czarne dziury łamią zasady grawitacji?

Nie, czarne dziury są ekstremalnym przykładem działania grawitacji. Ich masa jest tak skoncentrowana, że tworzą tzw. horyzont zdarzeń, granicę, poza którą nic – nawet światło – nie może się wydostać. Przewidziane przez równania Einsteina, czarne dziury zostały pośrednio potwierdzone przez obserwację fal grawitacyjnych i w 2019 roku sfotografowane przez Event Horizon Telescope.

Co to jest stała grawitacji G?

Stała grawitacji G to uniwersalna stała fizyczna opisująca siłę grawitacyjną między dwiema masami. Jej wartość wynosi 6,674 × 10⁻¹¹ N·m²/kg². Pomimo jej fundamentalnego znaczenia, G jest jedną z najmniej dokładnie zmierzonych stałych fizycznych. Eksperyment Cavendisha z 1798 roku był pierwszą próbą wyznaczenia jej wartości.

Czy grawitacja wpływa na czas?

Tak, według Ogólnej Teorii Względności, grawitacja spowalnia upływ czasu. To zjawisko nazywa się dylatacją grawitacyjną czasu. Potwierdzono je m.in. poprzez eksperymenty z zegarami atomowymi umieszczonymi na różnych wysokościach – zegar na poziomie morza tyka wolniej niż ten na szczycie góry.

Czy grawitacja może się zmieniać?

Przyspieszenie grawitacyjne może się różnić w zależności od lokalizacji geograficznej. Na równiku Ziemia jest nieco bardziej spłaszczona, co sprawia, że grawitacja jest tam słabsza niż na biegunach. Różnice wynoszą około 0,5%. W geofizyce bada się też anomalie grawitacyjne spowodowane np. przez duże złoża mineralne.

Jak mierzymy grawitację na innych planetach?

Przyspieszenie grawitacyjne można obliczyć znając masę i promień planety. Dla Marsa wynosi ono około 3,71 m/s², dla Księżyca 1,62 m/s², a dla Jowisza aż 24,79 m/s². Te różnice mają ogromne znaczenie dla misji kosmicznych i konstrukcji lądowników.

Czy grawitacja może być źródłem energii?

Choć nie można „wytwarzać” energii z grawitacji w sensie produkcji prądu jak w elektrowniach, to energia potencjalna grawitacyjna jest wykorzystywana w elektrowniach wodnych, zaporach i innych systemach, gdzie opadająca woda wykonuje pracę. Grawitacja jest także podstawowym źródłem energii w astrofizyce – to ona napędza zapadanie się chmur gazu w gwiazdy, a także kolosalne eksplozje supernowych.