Jak działa grawitacja?

Siła grawitacji jest najsłabszym oddziaływaniem, jakie istnieje w naturze i powoduje, że dwa ciała przyciągają się. Wszyscy doświadczyliśmy wiele razy upuszczania przedmiotu, który trzymaliśmy. To, co się wtedy dzieje, to to, że spada i uderza w ziemię. Na pewno słyszałeś o jabłku Izaaka Newtona , historii o angielskim fizyku, który siedział pod drzewem i obserwował, jak jabłko spada na trawę. Mówi się, że zastanawiał się, dlaczego jabłko spadło, ale Księżyc nie. I od tego momentu rozpoczął swoje badania nad grawitacją.

To, co wiedzieliśmy, co zidentyfikowali Newton i Galileusz, to to, że grawitacja powoduje przyspieszenie. Przedmiot, który początkowo był w twojej dłoni, spada z przyspieszeniem, gdy puścisz uchwyt. Jak wspomniałem na początku, siła grawitacji powoduje, że dwa przedmioty przyciągają się do siebie. A to przyciąganie, lub ta siła, zależy od dwóch rzeczy: w tym przypadku masy Ziemi i masy przedmiotu, który twoja ręka uwalnia.

Ważne jest, aby wiedzieć, że przyspieszenie jest niezależne od masy spadającego obiektu. Jeśli chcę przyspieszyć coś bardzo dużego, muszę zastosować dużą siłę; jeśli muszę przyspieszyć coś mniejszego, muszę zastosować mniejszą siłę, ale przyspieszenie jest takie samo. To właśnie zademonstrował Galileusz , gdy wspiął się na Wieżę w Pizie i zrzucił metalowe kule o różnych masach, aby pokazać, że czas opadania jest niezależny od masy spadającego obiektu, ponieważ przyspieszenie spowodowane przez grawitację jest takie samo. Jeśli zastanawiasz się, dlaczego nie zrzucił piór ani liści drzew, wyjaśnienie jest takie, że nie zrobił tego, aby nie musiał martwić się dodatkowym efektem tarcia.

W rzeczywistości, gdy coś spada, oba się poruszają: Ziemia się porusza, a spadający obiekt się porusza. Rzecz w tym, że grawitacja wywierana przez mały obiekt spadający z twojej ręki na ogromną Ziemię jest bardzo mała, więc jej nie zauważamy.

Rzeczy się zmieniają, gdy porównujemy dwie rzeczy o podobnej masie, takie jak Księżyc krążący wokół Ziemi. Dlaczego Księżyc nie spada? Wyjaśnienie jest takie, że gdy powstawał w Układzie Słonecznym , Księżyc nie był nieruchomy; obracał się z określoną prędkością. Ten obrót powstrzymuje go przed spadnięciem. Ale to siła grawitacji sprawia, że ​​się obraca. To jak lasso kowboja na rodeo: gdy je kręci, lasso nie spada. Grawitacja Ziemi na Księżycu ma podobny efekt.

To, co do tej pory ci wyjaśniłem, to fizyka odkryta przez Galileusza i Newtona. Ale kiedy Einstein pojawia się na scenie, wszystko się zmienia. Grawitacja Einsteina również modyfikuje czas, ponieważ według jego teorii grawitacja jest efektem zakrzywienia czasoprzestrzeni. Jak wykazał, kiedy pole grawitacyjne jest bardzo silne, czas płynie wolniej.

Jeśli pomyślimy o przedmiocie spadającym z ręki, gdy go puścisz, wydaje się, że spada po linii prostej, ale w rzeczywistości tak nie jest. Gdybyśmy mogli zobaczyć małe zmiany w sile grawitacji, zobaczylibyśmy, że obok nich występują niewielkie odchylenia. Chociaż wydają się nam liniami prostymi, w zakrzywionej czasoprzestrzeni, takiej jak nasza, nie są one dokładnie takie. Są to linie proste dostosowane do tej geometrii, tak jak wtedy, gdy rysujesz linię prostą na kuli lub walcu.

Innym tematem, który może Cię zainteresować, jest związek między grawitacją a wagą. Twoja waga to dokładnie siła, z jaką Ziemia Cię przyciąga. Gdybyś był na Księżycu, Twoja waga byłaby mniejsza, ponieważ nasz satelita ma znacznie mniejszą masę niż nasza planeta, a więc i siłę grawitacji, którą wywiera. I dlatego astronauci, którzy mają wszędzie taką samą masę, ważą mniej na Księżycu niż na Ziemi, ponieważ te dwa ciała niebieskie mają różne masy. Możesz sobie wyobrazić, że cząsteczki, z których składają się oba ciała, przyciągają masę astronauty. Na Księżycu jest mniej cząsteczek, które wywierają to przyciąganie niż na Ziemi, więc siła grawitacji jest mniejsza.

Ruth Lazkoz jest doktorem fizyki i profesorem na Uniwersytecie Kraju Basków.

Koordynacja i pisanie: Victoria Toro .

Pytanie wysłane e-mailem przez Francisco Gómez .

Nosotras Respondemos to cotygodniowe konsultacje naukowe, sponsorowane przez program L'Oréal-Unesco „For Women in Science” i Bristol Myers Squibb , które odpowiadają na pytania czytelników dotyczące nauki i technologii. Na te pytania odpowiadają naukowcy i technolodzy, członkowie AMIT (Association of Women Researchers and Technologists). Pytania należy przesyłać na adres [email protected] lub za pośrednictwem X #nosotrasrespondemos.