Krótko i węzłowato. Grawitacja i krążenie Ziemi dookoła Słońca
- Tekst: Patrycja Pakońska
Co to jest ta grawitacja? Jak ona działa? Co powoduje? Czy tylko spadanie? Od czego zależy? Pytania można mnożyć i końca nie ma! Nie ma też jednak wątpliwości – grawitacja to wielka siła wpływająca na nas i całą resztę kosmosu. Na wszystko.
Na pierwszej w moim życiu lekcji fizyki nauczycielka puściła zabawkowe autko przez długie biurko. Na koniec swojej podróży autko spadło z blatu na podłogę, a nauczycielka zadała znaczące pytanie: „Dlaczego spadło?” Pomyślałam wtedy, że nareszcie ktoś w tej szkole zadaje sensowne pytania 😊 i… polubiłam fizykę. Czy Wy też macie podobne doświadczenia ze szkoły?
Wszystko się przyciąga…
Wróćmy jednak do pytania: dlaczego spadło? Dlaczego nie unosiło się ponad podłogą? Domyślam się że każdemu przyszło do głowy: no jak to? Przez grawitację, to oczywiste!
Jasne, zgoda.
Słońce przyciąga Ziemię a Ziemia Słońce. Z III zasady dynamiki Newtona wiemy, że wszystkie ciała oddziałują wzajemnie, czyli biorąc pod uwagę siłę grawitacji – my jesteśmy przyciągani przez Ziemię, ale i my przyciągamy Ziemię. Równie dobrze możemy powiedzieć, że Ty czy ja przyciągamy lampę lub stolik (oczywiście z wzajemnością). Ok, ale wobec tego czemu lampa nie przesuwa się w stronę człowieka? Czemu ludzie nie są jak magnes zasysani np. przez wielkie drzewo?
– Co decyduje więc, o tym jak silne jest oddziaływanie grawitacyjne? Jak myślisz?
– Masa?
– I coś jeszcze?
– Odległość?
– Tak! Brawo!
Precyzyjnie mówiąc wartość siły przyciągania jest wprost proporcjonalna do iloczynu mas, które na siebie oddziałują i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ciałami (czyli masy wpiszemy w liczniku a kwadrat odległości w mianowniku).
Zapisując to za pomocą symboli możemy posłużyć się wzorem:
gdzie:
F to siła grawitacji z jaką masa M przyciąga masę m i odwrotnie, G to stała grawitacji (która jest niezbędna by wzór był prawdziwy), r to odległość masy M od masy m.
– Proste? 😊
Ostatnio dodane do Rozoom
…a niektóre obiekty krążą
W internecie czy podręcznikach możemy spotkać się ze stwierdzeniem: „Słońce przyciąga Ziemię siłą grawitacji, co powoduje ruch Ziemi po orbicie wokółsłonecznej”. Brzmi jak oczywistość ale… dlaczego tak jest ? Czy to ta sama siła, która powoduje, że samochodzik nauczycielki spadł z blatu?
Możesz w tym momencie pomyśleć: przecież moje oddziaływanie z lampą nie powoduje, że krążę dookoła niej (a może jednak ;P) ani, że lampa krąży dokoła mnie. O co chodzi?
Co możemy zrobić? Pokombinujmy. Mamy wzór na siłę grawitacji. Spróbujemy podstawić do niego konkretne liczby – różne masy i odległości. Czy coś nam z tego wyjdzie? Matematyka i jej modele nie mają granic, a w internecie można znaleźć wsparcie w tych działaniach.
W sieci właśnie trafiłam na prostą symulację, która umożliwia obserwacje i zadawanie pytań z cyklu „Co by było gdyby..?” Notabene takie pytania są niezwykle cenne w nauce, by zrozumieć, np. jak masa wpływa na trajektorię?
Wchodzicie do symulacji (opcja „Model”). Po prawej stronie u góry możecie wybrać, jaki układ chcecie obserwować (np. Słońce-Ziemia lub Ziemia-Księżyc itp.), a poniżej na samym dole manewrujecie wielkościami – masą i odległością. I fruuuu… widać co się dzieje. Na przykład, gdy zwiększymy masę Słońca to tor lotu Ziemi… oczywiście zbliży się do niego. Zachęcam do poeksperymentowania z różnymi parametrami. Super to jest! Ale pamiętajcie, by wrócić do tekstu 😊.
Po obejrzeniu symulacji wiemy dodatkowo, że siła grawitacji wpływa na zakrzywienie toru (tzn. że orbity zakręcają, nie są proste). A czy zastanawialiście się jakie mogą być trajektorie ciał przytrzymywanych na smyczy grawitacji? W Układzie Słonecznym znamy orbity eliptyczne. Wiemy też, że ciała mogą krążyć również po okręgu (jak sztuczne satelity dookoła naszej planety). A czy istnieją też inne tory lotu?
Specyficzne są tzw. orbity otwarte. Występują one wtedy, gdy obiekty kosmiczne (np. niektóre komety) zakręcają w pobliżu innych ciał (np. planet), ale potem odlatują i już się nie pojawiają.
Możemy powiedzieć, że grawitacja kształtuje tory przemieszczania się po tzw. krzywych stożkowych. To takie krzywe, które możemy uzyskać poprzez przecięcie stożka, jak na obrazku obok.
A teraz zadanie – skocz ponownie do symulacji i spróbuj tak dobrać parametry, aby Księżyc odleciał od Ziemi!
Udało się?
Na tym pytania o grawitacje się nie kończą. Inne jej aspekty prezentuje zaprzyjaźnione gdańskie Centrum Nauki Hevelianum. Zerknijcie na filmik
Rys. Szwejk/Wikipedia
* * *
To jak jest w końcu z tym przyciąganiem obiektów lub ich krążeniem?
Grawitacja powoduje i to, że obiekt krąży, i że jest ściągany. W zależności od tego jakie konkretnie są masy i odległości – występują różne efekty.
Możemy sobie na przykład wyobrazić taką sytuację, że w okolice Ziemi nadlatuje jakiś masywny obiekt, który wybije naszą planetę ze stabilnej orbity. Wówczas Ziemia może znaleźć się na kursie kolizyjnym ze Słońcem i…
Źródła:
