Cum functioneaza gravitatia?

Dintre toate descoperirile lui Isaac Newton, poate cea mai revolutionara este dezlegarea misterului gravitatiei. In 1660, Newton a vazut un mar cazand pe iarba si a indraznit sa se intrebe „oare de ce”? De ce nu cade in sus? De ce apa curge mereu la vale? De ce ramane Luna in vecinatatea Pamantului si nu pleaca, aiurea, prin spatiu? In acele vremuri, astfel de intrebari aveau o importanta aproape religioasa.

In loc sa mediteze la tainele divine, Newton a cautat o formula matematica pentru gravitatie. Legea gravitatiei universale, publicata in tratatul sau Principia din 1687, stipula ca orice particula de materie din Univers atrage orice alta particula cu o forta masurabila, denumita gravitatie (de la latinescul gravitas, adica greutate).

Intensitatea acestei forte creste odata cu masa particulelor si scade odata cu distanta. Cu alte cuvinte, cu cat un obiect este mai mare si cu cat el este mai aproape, cu atat forta exercitata de el este mai mare. Iata si geniala formula data de Newton, ce exprima  intr-un mod elegant si simplu forta gravitationala ce se  manifesta intre doua obiecte de mase m1  si m2, aflate la distanta r unul de celalalt:

în care:

• F este magnitudinea fortei gravitationale dintre cele doua corpuri punctiforme,
• K este un coeficient de proportionalitate numit constanta atractiei universale,
• m₁ este masa primului corp,
• m₂ este masa celui de al II-lea corp,
• r este distanta dintre cele doua corpuri

Cel mai surprinzator aspect al legii gravitatiei a lui Newton consta in universalitatea ei. Chiar daca pare greu de inteles si de crezut, nu doar Pamantul atrage marul, dar si marul atrage Pamantul cu aceiasi forta. Mai mult, acelasi mar te atrage gravitational si pe tine. De fapt, oricare doua obiecte care au masa, fie ca sunt de dimensiunile unei galaxii, fie ca sunt infime, precum un atom, exercita o forta de atractie gravitationala unul asupra celuilalt.

Dar daca aceasta universalitate este reala, cum se face, de exemplu, ca nu suntem abatuti din mers, cand un camion trece pe langa noi pe strada sau de ce nu suntem „fixati” la baza unui zgarie nori? Raspunsul este: constanta „K” din formula lui Newton este, de fapt, incredibil de mica, aproximativ 6,67×10–¹¹ m³/kg•s². Da, adica 0,0000000000667! Din acet motiv, daca masa macar unuia din cele doua corpuri nu este enorma, forta gravitationala este insesizabila.

Pamantul se califica drept un asemenea corp cu masa foarte, foarte mare (5,97×10 la puterea 24 kg). Spre comparatie, masa medie a unui om este in jur de 70 kg. Daca introducem aceste date in formula lui Newton, constatam ca Pamantul ne atrage cu o forta de aproximativ 686 Newtoni. Adica aceasta este greutatea medie a unui om pe suprafata Pamantului. Daca aplicam aceiasi formula unui pasager dintr-un avion ce zboara la o altitudine de 12.200 metri deasupra Pamantului, constatam ca greutatea lui este cu 2 Newtoni mai mica, doar din cauza ca r este diferit in cele doua cazuri.

Gravitatia in Sistemul Solar

Conform teoriei lui Newton, fiecare particula cu masa atrage gravitational orice alta particula cu masa. Masa unui obiect este o masura intuitiva a cantitatii de materie concentrate in obiectul respectiv. Cu cat masa unui obiect este mai mare, cu atat obiectul respectiv va exercita o forta de atractie mai mare asupra obiectelor din jur. Fiecare planeta, luna, stea si galaxie din Univers are o masa diferita si prin urmare o influenta gravitationala diferita.

Atractia gravitationala a Pamantului imprima unui corp in cadere (precum marul lui Newton) o acceleratie egala cu 9,8m/s²,denumita acceleratie gravitationala (g). Masa Soarelui este de 333.ooo de ori mai mare decat a Pamantului. In consecinta, acceleratia gravitationala la suprafata Soarelui este de 274m/s², respectiv 28g (De ce nu 333.000g? Raspunsul este in formula lui Newton).

Microgravitatia

Oamenii de stiinta folosesc conditiile gravitatiei reduse de pe Statia Spatiala Internationala (aflata la 370 kilometri inaltime) pentru a face experimente ce nu sunt posibile pe Pamant. In aceste conditii -de „microgravitatie”-, flacara unei lumanari nu se ridica vertical, ci arde incet si uniform in toate directiile. Asemenea experimente permit o intelegere mai buna a procesului de combustie, esential pentru multe aplicatii, atat pe Pamant cat si in spatiu.

Cum stau satelitii pe orbita?

In prezent exista aproximativ 900 de sateliti, pe orbita, in jurul Pamantului. Dar cum stau acolo fara a fi propulsati de vreun motor? Satelitii nu au nevoie de propulsie, pentru ca, de fapt, sunt intr-un proces de cadere permanenta. Ei sunt lansati pe orbita de catre o racheta care trebuie sa genereze suficienta putere pentru a infrange atractia gravitationala a planetei. Odata ajuns in spatiu, satelitul este eliberat pe o traiectorie perpendiculara si incepe sa „cada” sub influenta exclusiva a atractiei gravitationale a Pamantului. Astfel, traiectoria se curbeaza, sub forma unei elipse, care se numeste orbita. Pentru ca satelitii survoleaza Pamantul in afara atmosferei, miscarea lor nu este franata de nimic si poate continua nestingherita multi ani.

Retineti:

1. Gravitatia este cea mai slaba dintre fortele fundamentale ale naturii. Acesta este motivul pentru care, de exemplu, un magnet o poate invinge cu usurinta, ridicand pilitura de fier de pe masa.
2. Acceleratia gravitationala a Pamantului: 9,8m/s²
3. Constanta gravitationala (K): 6,67×10–¹¹m³/kg•s²
4. Acceleratia gravitationala a Soarelui: 274m/s²

Sursa: Terra Magazin