на каком расстоянии перестает действовать гравитация земли
Где кончается земное притяжение?
Этот частый вопрос аудитории ошибочен. Притяжение нигде не оканчивается, а лишь ослабевает обратно- пропорционально квадрату расстояния. Следовательно, если мы поднимемся над Землей на высоту радиуса земного шара (6 370 км), то сила притяжения уменьшится в 4 раза.
При удалении от центра Земли на 3 радиуса, притяжение уменьшатся в 9 раз и т. д. Притяжение заметно уменьшается, но никогда не исчезает; оно может стать очень малым, практически, быть может, и незаметным, по все же будет существовать и может быть вычислено. Однако, при удалении от Земли можно приблизиться к другому небесному телу настолько, что притяжение его окажется уже больше земного, тогда предмет (например, межпланетный корабль) будет во власти притяжения этого небесного тела.
Рассмотрим эту задачу для случая воображаемого перелета с Земли на Луну.
На каком расстоянии от Земли притяжение Земли и Луны сравняется?
Известно, что масса Земли больше массы Луны в 81 раз, а среднее расстояние от Земли до Луны равно 384000 километров.
„Над головой у нас „верх», под ногами — „низ». А где же „верх» и „низ» на другой стороне Земли?»Такой вопрос также часто слышишь от аудитории.
«Верха» и «низа» во Вселенной нет: все, что над нами, мы условно называем верхом, а противоположное направление низом. В каждой точке на Земле, на Луне, на планетах и т. д. есть свой «верх» и свой «низ».
При достижении определенной высоты, где-то, по прикидкам ученого, около 10 километров, вершина горы (держитесь крепче за стулья!) вполне может. отделиться от своего
Приливы и отливы, течения рек тоже ведь связаны земным притяжением. Или возьмем полет к звездам.
Под влиянием этого притяжения Луна движется по криволинейно- м у пути, по почти круговой орбите. Если бы сила земного тяготения или притяжения вдруг совсем перестала действовать, Луна немедленно умчалась бы прочь от Земли.
Мысль, что тела падают на землю вследствие притяжения их земным шаром, была далеко не нова: это знали еще древние, например Платон.
Его поместили на квартиру к аптекарю Кларку, где он прожил с перерывами около шести лет.
Спросите Итана №61: как далеко достаёт гравитация?
Несмотря на репутацию силы с бесконечной дальностью действия, реальная ситуация во Вселенной накладывает на неё ограничения.
В моих снах и видениях я вижу линию, на другой стороне которой зелёные поля, красивые цветы, прекрасные белые дамы, простирающие свои руки ко мне через эту линию, но я не могу до них достать. Я всегда падаю прежде, чем добираюсь до линии.
— Гарриет Табмен
И снова конец недели, а это значит, что я выбираю вопросы из присланных вами. Один из моих читателей, следивший за моими публикациями аж с 2008 года, когда я начал этот блог, Фрэнк Бардж, спрашивает:
Если Вселенная не бесконечна, что можно сказать о дальности действия гравитационной и электромагнитной сил?
Очень сложный вопрос, если подумать. Давайте сначала рассмотрим, что мы знаем о гравитации и электромагнетизме.
Рассмотрим не величину сил, или природу притяжения/отталкивания, а тот факт, что на дальних расстояниях эти силы изменяются согласно закону обратных квадратов, то есть при удвоении расстояния между двумя объектами, сила их взаимодействия падает в 4 раза. Это особенное отношение, которому подчиняются не только гравитация и электромагнетизм, но и другие важные физические свойства – такие, как свет, звук и излучение.
Чем же оно такое особенное? Рассмотрим, как любые из физических свойств – например, свет звезды – распространяются по мере удаления от источника.
Именно это и имеется в виду под бесконечной дальностью действия силы.
Но Вселенная – по меньшей мере, доступная нам видимая часть – вовсе не бесконечна. Наоборот, несмотря на то, что мы видим свет от миллиардов галактик, это не такое уж большое число. Вид на неё прекрасный и изумительный (серьёзно, выберите время, чтобы посмотреть на неё). Но, несмотря на всё великолепие, не следует путать обширность с бесконечностью.
Конечно, всё это выглядит очень большим. Но если подумать, песчинок на пляжах Земли в миллиарды раз больше, чем галактик в обозримой Вселенной – и тогда она уже не кажется такой большой. Из-за того, что Вселенная не вечна, а существует лишь 13,8 миллиарда лет с момента Большого взрыва, мы не можем увидеть больше, чем видим – свет (и гравитация) просто не успел дойти до нас.
Точнее говоря, не успел покрыть большее расстояние, сферически распространяясь от источника. У нас происходит то же самое – гравитация от каждой частицы тела, от планеты, от галактики, сферически распространяется со скоростью гравитации (равной скорости света) с силой, падающей пропорционально
1/r 2 (но распространяющейся с увеличивающейся площадью
r 2 ) с тех самых пор, как началась «наша Вселенная».
Не стоит путать наблюдаемую часть Вселенной – то, что достижимо светом, гравитацией, другими явлениями с конечной скоростью – со всей Вселенной, огромной (возможно, бесконечной), включая ту часть, которая не входит в наблюдаемую.
Красная точка слева – наблюдаемая часть Вселенной сразу после инфляции. Справа – вся Вселенная в тот же самый момент (красное поле).
У нас есть все основания считать, что вся Вселенная гораздо больше наблюдаемых частей, но наши сигналы не дойдут до неё, поскольку мы испускаем их в течение конечного промежутка времени, и скорость их распространения также конечна.
Но это не баг Вселенной, а фича!
Представьте, если бы сигналы распространялись бесконечно быстро, или же мы могли бы чувствовать гравитацию, видеть свет или как-то ещё воспринимать вещи, находящиеся от нас на расстоянии гораздо большем, чем мы можем видеть сейчас.
Мы бы, да и многие части Вселенной, катастрофически дёргались в разные стороны, влекомые непонятными силами. Всё ночное небо было бы заполнено источниками света, который не должен достигать наших глаз.
Мы сами испускали бы гораздо больше силы, чем разрешено в физике. Законы физики бы сломались, ОТО не описывала бы наш мир, из-за переизбытка плотности энергии во Вселенной случилась бы катастрофа, и – благодаря гравитационно связанной энергии – Вселенная довольно скоро бы реколлапсировала.
Цитируя Игана из «Охотников за приведениями»: «Это было бы плохо».
Вместо этого, гравитация, электромагнетизм, и все остальные силы «неограниченного действия» могут действовать на таких расстояниях, которые они покрывают, путешествуя со скоростью света во Вселенной возрастом 13,8 миллиардов лет, расширившейся в соответствии с нашей уникальной историей на 46 миллиардов световых лет. И это – поскольку скорость гравитации и света идентичны – как раз равно размерам наблюдаемой Вселенной во все стороны.
Именно настолько простираются гравитационные и электромагнитные силы. Спасибо за сложный, но интересный вопрос, и если вы хотите получить ответ на свой вопрос, присылайте его мне.
Где заканчивается гравитация Земли?
Огромная серебристая ракета не спеша поднимается со стартового стола. Но гравитация Земли пытается всеми силами остановить ее. Однако умные инженеры все просчитали — медленно, но уверенно ракета преодолевает притяжение нашей планеты. И выводит космический корабль на околоземную орбиту. Космонавты внутри него начинают плакать плавать, недоумевая от происходящего. Их тела становятся невесомыми. Все вокруг становится странным…
Куда исчезает гравитация Земли?
Означает ли все вышеописанное, что ракета покинула ту область пространства, где действует гравитация Земли? И почему вообще возникает невесомость в космосе?
Конечно же нет, гравитация Земли никуда не исчезает. Это просто еще одно распространенное заблуждение. Но почему это так происходит? Ведь очевидно, что космонавты на орбите свободно плавают по космической станции. И их ничего не притягивает к себе! Попробуем разобраться в этом интересном вопросе.
Международная космическая станция (МКС) совершает за сутки примерно 16 оборотов вокруг Земли. Все мы видели хотя бы один раз, как с борта МКС производят прямые трансляции и телемосты. Космонавты на этих мероприятиях кажутся плавающими в какой-то жидкости. И многим может показаться, что в космосе нет гравитации. Потому что космонавты могут летать, как воздушные шары. Однако гравитация там все же есть. И она играет очень важную роль.
Существует два основных фактора, которые удерживают МКС на орбите Земли:
1. Международная космическая станция на самом деле все время падает на Землю. И именно из-за притяжения, которое оказывает наша планета на МКС. Просто траектория ее падения замкнута. То есть падение происходит, но никогда не произойдет. Вот такой вот парадокс.😊
Представьте себе на секунду, что какое-то таинственное существо решило отключить гравитацию Земли. МКС сразу же перестала бы вращаться вокруг нашей планеты. И улетела бы в космическое пространство. И, вероятно, была бы захвачена гравитацией какого-то другого массивного объекта, такого, например, как Солнце. Поэтому можно сказать, что гравитация — это некая веревка, удерживающая космическую станцию на околоземной орбите.
2. МКС имеет определенную скорость относительно поверхности Земли.
Главное — не упасть
Поскольку выше линии Кармана (условной границы космоса) атмосферы почти нет, то для того, чтобы космический корабль оказался на стабильной околоземной орбите, его ускоряют до достижения определенной скорости. После чего он начинает равномерно двигаться по орбите, все время падая на Землю. Но если такой корабль каким-то образом потеряет свою скорость, гравитация Земли получит над ним полный контроль. И он на самом деле упадет на Землю. Поэтому очевидно, что именно скорость является очень важным параметром для нахождения на стабильной орбите.
Итак, с наличием гравитации в космосе мы вроде бы разобрались. Но где-же все-таки тогда заканчивается гравитация Земли? На самом деле никакой четкой границы нет. Закон всемирного тяготения Ньютона говорит нам, что влияние гравитации уменьшается в зависимости от расстояния. Так что, гравитация Земли простирается в космос на бесконечные расстояния? Согласно закону всемирного тяготения Ньютона — да.
Но ее влияние совсем ничтожно даже на другие планеты нашей Солнечной системы. А уж о том, как влияет гравитация Земли на другие звезды, и говорить не приходится. На таких расстояниях ее можно считать равной нулю…
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Заблуждение: причина невесомости на орбите — отсутствие гравитации
Согласно закону всемирного тяготения все тела притягиваются друг к другу, и сила притяжения прямо пропорциональна массам тел и обратна пропорциональна квадрату расстояния между ними. То есть выражение «отсутствие гравитации» вообще не имеет смысла. На высоте нескольких сотен километров над поверхностью Земли — там, где летают пилотируемые корабли и космические станции — сила притяжения Земли очень велика и практически не отличается от силы гравитации вблизи поверхности.
Если бы существовала техническая возможность сбросить некий предмет с башни высотой километров 300, он бы начал падать вертикально и с ускорением свободного падения, точно так же, как он падал бы с высоты небоскреба или с высоты человеческого роста. Таким образом, во время орбитальных полетов сила земного притяжения не отсутствует и не ослабевает в значимых масштабах, а компенсируется. Точно так же, как для водных судов и аэростатов, сила притяжения земли компенсируется архимедовой силой, а для крылатых летательных аппаратов — подъемной силой крыла.
Да, но вот самолет-то летит и не падает, а пассажиру внутри салона не летают как космонавты на МКС. При обычном полете пассажир прекрасно ощущает свой вес, и от падения на землю его удерживает не непосредственно подъемная сила, а сила реакции опоры. Лишь во время аварийного или искусственно вызванного резкого снижения человек вдруг чувствует, что перестает давить на опору. Возникает невесомость. Почему? А потому что если потеря высоты происходит с ускорением, близким к ускорению свободного падения, то опора больше не мешает пассажиру падать — она и сама падает.
Понятно, что когда самолет прекратит резкое снижение, или, к несчастью, упадет на землю, тут-то и станет ясно, что гравитация никуда не девалась. Ибо в земных и околоземных условиях эффект невесомости возможен только во время падения. Собственно продолжительным падением и является орбитальный полет. Космическому кораблю, двигающемуся по орбите с первой космической скоростью, мешает упасть на Землю сила инерции. Взаимодействие гравитации и инерции имеет название «центробежной силы», хотя в реальности такой силы не существует, это в некотором роде фикция. Аппарат стремится двигаться по прямой (по касательной к околоземной орбите), но земная гравитация постоянно «закручивает» траекторию движения. Здесь эквивалентом ускорения свободного падения является так называемое центростремительное ускорение, в результате которого меняется не значение скорости, а ее вектор. И поэтому скорость корабля остается неизменной, а направление движение постоянно меняется. Поскольку и корабль, и космонавт движутся с одной и той же скоростью и с тем же самым центростремительным ускорением, космический аппарат не может выступать в качестве опоры, на которую давит вес человека. Вес — это возникающая в поле сил тяжести сила воздействия тела на опору препятствующую падению, А корабль, как и резко снижающийся самолет, падать не мешает.
Невесомость, что называют состоянием невесомости и когда оно наступает
Содержание:
Космос и звёзды с детства привлекают внимание людей. Кто из вас не мечтал оказаться вне земного пространства, поближе к звёздам, или испытать состояние невесомости, находясь в полете? Рассмотрим особенности движения тел, на которые не действует сила тяжести или она компенсируется другими силами; на какой высоте начинается невесомость, где можно испытать это состояние на Земле.
Что такое и когда наступает невесомость
На лежащее неподвижно на горизонтальной поверхности тело действует сила тяжести и ровная ей сила упругости. При движении с ускорением вес и сила притяжения Fт отличаются по значению:
Fт + F = ma, где a – ускорение.
Здесь g – коэффициент свободного падения.
Из выражения следует, что состоянием невесомости называют случай, когда вещь падает свободно g = a, тогда она не обладает весом. То состояние, когда гравитационные силы уравновешиваются, не вызывая давления на предмет или его части. Действие гравитации распространяется на любые расстояния, причём значение этого воздействия изменяется по закону всемирного тяготения.
Где можно испытать невесомость
Для экстремалов созданы такие развлечения, как роуп-джампинг и банджи-джампинг. Это так называемые аттракционы, где человека привязывают к резиновому канату, и он прыгает с моста, башни или иного высокого сооружения ради свободного полёта. Аэротрубы, центрифуги, камеры сенсорной депривации, полёт на летательном аппарате – способы побывать в невесомости на Земле.
На искусственном спутнике состояние невесомости вызывается отсутствием действия на него каких-либо сил (их значениями преимущественно пренебрегают по причине их мизерности). Абсолютная невесомость нереальна, ведь на тело всегда действуют сторонние силы.
На какой высоте начинается невесомость
На подобный вопрос ответить невозможно по простой причине. Состояние невесомости достигается на Земле, например, при опускании лифта с ускорением, равным a. Станция или спутник может раскрутиться в космосе, тогда в ней появится вес, но люди и предметы будут притягиваться к стенкам, а не к полу.
В завершение закономерный вопрос любопытного школьника: находится ли земля в состоянии невесомости? Конечно, находится, как и вся материя в мире.