Krótko i węzłowato. Grawitacja i krążenie Ziemi dookoła Słońca

Skip links

Krótko i węzłowato. Grawitacja i krążenie Ziemi dookoła Słońca

Udostępnij

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.


Piszemy dla Was    Małopolskie Centrum Nauki COGITEON


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?

grawitacja CogiteonWszystko 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:
cogiteon rozoom

gdzie:

cogiteon rozoom

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? 😊


Ciekawe? Zobacz także: Nauka&hobby: proste obserwacje astronomiczne


…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?

krzywe stożkowe Cogiteon
Rys. Szwejk/Wikipedia

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

* * *

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…


Ciekawe? Zobacz także: Wodoropijcy, czyli jak gwiazdy zamieniają się w wampiry!


Źródła:
Return to top of page
Przejdź do treści