ในช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่ 17 และ 18 มีนักวิทยาศาสตร์ชื่อ Isaac Newton อาศัยอยู่ในอังกฤษ ซึ่งโดดเด่นด้วยพลังการสังเกตที่ยอดเยี่ยม มันเกิดขึ้นที่วิวของสวนซึ่งแอปเปิ้ลตกลงมาจากกิ่งสู่พื้นช่วยให้เขาค้นพบกฎความโน้มถ่วงสากล แรงอะไรที่ทำให้ทารกในครรภ์เคลื่อนที่เร็วขึ้นและเร็วขึ้นไปยังพื้นผิวโลก การเคลื่อนไหวนี้เกิดขึ้นตามกฎข้อใด มาลองตอบคำถามเหล่านี้กัน
และถ้าต้นแอปเปิลเหล่านี้ตามที่โฆษณาชวนเชื่อของสหภาพโซเวียตเคยสัญญาไว้ เติบโตบนดาวอังคาร ต้นไม้ที่ร่วงหล่นจะเป็นอย่างไรเมื่อนั้น การเร่งการตกอย่างอิสระบนดาวอังคาร บนดาวเคราะห์ของเรา บนวัตถุอื่นๆ ของระบบสุริยะ… มันขึ้นอยู่กับอะไร ค่าของมันไปถึงค่าอะไร
เร่งความเร็วตกอย่างอิสระ
หอเอนปิซาอันเลื่องชื่อมีความโดดเด่นอย่างไร? เอียงสถาปัตยกรรม? ใช่. และยังสะดวกที่จะโยนสิ่งของต่างๆ ทิ้งไป ซึ่งเป็นสิ่งที่กาลิเลโอ กาลิเลอี นักสำรวจชาวอิตาลีชื่อดังทำเมื่อต้นศตวรรษที่ 17 เมื่อทิ้งกิซโมสทุกประเภทลง เขาสังเกตเห็นว่าลูกบอลหนักในช่วงเวลาแรกของการตกจะเคลื่อนที่ช้าๆ จากนั้นความเร็วของลูกบอลจะเพิ่มขึ้น ผู้วิจัยมีความสนใจในกฎคณิตศาสตร์ตามข้อที่การเปลี่ยนแปลงความเร็วเกิดขึ้น
วัดในภายหลังรวมทั้งโดยนักวิจัยคนอื่น ๆ พบว่าความเร็วของร่างกายที่ตกลงมา:
- ตก 1 วินาที เท่ากับ 9.8 m/s;
- ใน 2 วินาที - 19.6 ม./วินาที;
- 3 – 29.4 m/s;
- …
- n วินาที – n∙9.8 m/s.
ค่านี้ 9.8 m/s∙s เรียกว่า "การเร่งความเร็วจากการตกอย่างอิสระ" บนดาวอังคาร (ดาวแดง) หรือดาวดวงอื่น ความเร่งเท่าเดิมหรือไม่
ทำไมบนดาวอังคารถึงแตกต่าง
ไอแซก นิวตัน ผู้บอกโลกว่าแรงโน้มถ่วงสากลคืออะไร ก็สามารถกำหนดกฎความเร่งการตกอย่างอิสระได้
ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่ยกระดับความแม่นยำของการวัดในห้องปฏิบัติการขึ้นไปอีกระดับ นักวิทยาศาสตร์สามารถยืนยันได้ว่าการเร่งความเร็วของแรงโน้มถ่วงบนดาวเคราะห์โลกนั้นไม่ใช่ค่าคงที่เช่นนี้ ดังนั้นที่ขั้วมันมากกว่าที่เส้นศูนย์สูตรมันน้อยกว่า
คำตอบของปริศนานี้อยู่ในสมการข้างต้น ความจริงก็คือว่าโลกโดยเคร่งครัดไม่ได้เป็นทรงกลม เป็นรูปรี แบนเล็กน้อยที่เสา ระยะห่างจากศูนย์กลางของดาวเคราะห์ที่ขั้วโลกนั้นน้อยกว่า และดาวอังคารมีมวลและขนาดแตกต่างกันอย่างไรจากโลก… ความเร่งของการตกอย่างอิสระก็จะแตกต่างกัน
การใช้สมการของนิวตันกับความรู้ทั่วไป:
- มวลของดาวอังคาร − 6, 4171 1023 kg;
- เส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย − 3389500 m;
- ค่าคงตัวโน้มถ่วง − 6, 67∙10-11m3∙s-2∙kg-1.
การเร่งการตกอย่างอิสระบนดาวอังคารไม่ใช่เรื่องยาก
g ดาวอังคาร=G∙M ดาวอังคาร / Rดาวอังคาร 2.
g ดาวอังคาร=6, 67∙10-11∙6, 4171 1023/ 33895002=3.71 ลบ.ม./วินาที2.
ในการตรวจสอบมูลค่าที่ได้รับ คุณสามารถดูหนังสืออ้างอิงใดๆ ก็ได้ มันตรงกับตาราง ซึ่งหมายความว่าทำการคำนวณอย่างถูกต้อง
ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงสัมพันธ์กับน้ำหนักอย่างไร
น้ำหนักคือแรงที่วัตถุที่มีมวลกดทับบนพื้นผิวโลก มีหน่วยวัดเป็นนิวตันและเท่ากับผลคูณของมวลและความเร่งของการตกอย่างอิสระ แน่นอนว่าบนดาวอังคารและดาวดวงอื่น ๆ มันจะแตกต่างจากโลก ดังนั้น บนดวงจันทร์ แรงโน้มถ่วงจึงน้อยกว่าบนพื้นผิวโลกถึงหกเท่า สิ่งนี้สร้างปัญหาให้กับนักบินอวกาศที่ลงจอดบนดาวเทียมธรรมชาติ กลายเป็นว่าสะดวกกว่าที่จะย้ายไปรอบๆ โดยเลียนแบบจิงโจ้
ดังนั้น ตามที่คำนวณ ความเร่งการตกอย่างอิสระบนดาวอังคารคือ 3.7 m/s2 หรือ 3.7 / 9.8=0.38 ของโลก
และนี่หมายความว่าน้ำหนักของวัตถุใดๆ บนพื้นผิวของดาวเคราะห์สีแดงจะมีน้ำหนักเพียง 38% ของน้ำหนักของวัตถุเดียวกันบนโลก
มันทำงานอย่างไรและที่ไหน
ท่องไปในจักรวาลและค้นหาความเร่งของการตกอย่างอิสระบนดาวเคราะห์และวัตถุในอวกาศอื่น ๆนักบินอวกาศของ NASA วางแผนที่จะลงจอดบนดาวเคราะห์น้อยดวงใดดวงหนึ่งภายในทศวรรษหน้า มาดูเวสต้า ดาวเคราะห์น้อยที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะกันเถอะ (เซเรสใหญ่กว่า แต่เพิ่งย้ายมาอยู่ในหมวดหมู่ของดาวเคราะห์แคระ “เลื่อนยศ”)
g Vesta=0.22 m/s2.
ร่างใหญ่ทั้งหมดจะเบาลง 45 เท่า ด้วยแรงโน้มถ่วงเพียงเล็กน้อย งานใดๆ บนพื้นผิวจะกลายเป็นปัญหา การเหวี่ยงหรือกระโดดอย่างประมาทจะทำให้นักบินอวกาศพุ่งสูงขึ้นหลายสิบเมตรทันที เราสามารถพูดอะไรเกี่ยวกับแผนการสกัดแร่ธาตุบนดาวเคราะห์น้อยได้บ้าง รถขุดหรือแท่นขุดเจาะจะต้องผูกติดกับหินอวกาศเหล่านี้อย่างแท้จริง
และตอนนี้สุดขั้วอีก ลองนึกภาพตัวเองบนพื้นผิวของดาวนิวตรอน (วัตถุที่มีมวลดวงอาทิตย์ ในขณะที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 15 กม.) ดังนั้น หากในทางที่ไม่สามารถเข้าใจได้ นักบินอวกาศไม่ตายจากการแผ่รังสีนอกสเกลของช่วงที่เป็นไปได้ทั้งหมด รูปภาพต่อไปนี้จะปรากฏขึ้นต่อหน้าต่อตาเขา:
g n.stars=6, 67∙10-11∙1, 9885 1030/ 75002=2 357 919 111 111 ม./วินาที2.
เหรียญน้ำหนัก 1 กรัมจะหนัก 240,000 ตันบนพื้นผิวของวัตถุอวกาศที่ไม่เหมือนใครนี้