המשקל שלך על כוכבי לכת אחרים: איך כוח הכבידה משנה הכל

עמוד על משקל אמבטיה והוא קורא 160 פאונד. המספר הזה נראה כמו תכונה קבועה של הגוף שלך, אבל הוא לא - זה תוצאה של כוח המשיכה של כדור הארץ מושך את המסה שלך. קח את אותו גוף למאדים והקנה מידה קורא 61 פאונד. על צדק זה אומר 405 פאונד. על פני השמש, אם הייתם יכולים לשרוד לרגע, זה היה אומר בערך 4,464 פאונד. הגוף שלך לא השתנה בכלל. רק כוח הכבידה יש.

משקל לעומת מסה: ההבדל העיקרי

מסה היא כמות החומר בגוף שלך, נמדדת בקילוגרמים. זה קבוע בכל היקום. לאדם במשקל 70 ק"ג יש מסה של 70 ק"ג על פני כדור הארץ, על מאדים, בחלל העמוק ועל פני פלוטו.

משקל הוא הכוח שכוח הכבידה מפעיל על המסה הזו. זה מחושב כך:

Weight (N) = Mass (kg) × Gravitational acceleration (m/s²)

על פני כדור הארץ, תאוצת הכבידה על פני השטח היא בערך 9.8 מ"ר/מ"ר (נכתב לרוב כ-1g). אדם במשקל 70 ק"ג שוקל:

Weight = 70 kg × 9.8 m/s² = 686 Newtons = 70 kg-force

כשאנחנו אומרים שמישהו "שוקל 70 ק"ג", אנחנו משתמשים באופן לא רשמי ביחידות מסה למשקל - מה שעובד מצוין על כדור הארץ, שבו g הוא קבוע. ברגע שאתה נוסע למקום אחר, ההבחנה הופכת חיונית.

כוח הכבידה של כל כוכב לכת

כוח הכבידה של פני השטח תלוי במסה וברדיוס של כוכב הלכת. מסה גדולה יותר מגבירה את כוח המשיכה; רדיוס גדול יותר מקטין אותו (אתה רחוק יותר ממרכז המסה). זו הסיבה מדוע לשבתאי, למרות היותו מסיבי כמעט פי 100 מכדור הארץ, יש כוח משיכה על פני השטח רק מעט מעל זה של כדור הארץ - הרדיוס העצום שלו יותר מפצה.

Body	Surface Gravity (relative to Earth)	m/s²	Your Weight if 70 kg on Earth
Sun	27.9g	273.7	1,953 kg (19,159 N)
Mercury	0.38g	3.72	26.6 kg
Venus	0.91g	8.87	63.7 kg
Earth	1.00g	9.80	70.0 kg
Moon	0.166g	1.62	11.6 kg
Mars	0.38g	3.72	26.6 kg
Jupiter	2.53g	24.8	177.1 kg
Saturn	1.07g	10.4	74.9 kg
Uranus	0.89g	8.69	62.3 kg
Neptune	1.14g	11.15	79.8 kg
Pluto	0.063g	0.62	4.4 kg

הערה: צדק, שבתאי, אורנוס ונפטון הם ענקי גזים ללא משטח מוצק. ערכי "כבידת פני השטח" למעלה מייצגים את כוח המשיכה בראש העננים, המוגדר ב-1 בר של לחץ אטמוספרי. לא יכולת לעמוד על הפלנטות האלה.

הנוסחה: משקל על כוכב אחר

ההמרה פשוטה:

Weight_planet = Weight_Earth × (g_planet / g_Earth)

או באופן שווה ערך, באמצעות יחס הכבידה ישירות:

Weight_planet (kg) = Mass (kg) × g_planet_ratio

דוגמה עובדת - אדם במשקל 70 ק"ג על מאדים:

Mars gravity = 0.38g
Weight on Mars = 70 kg × 0.38 = 26.6 kg
In Newtons: 70 kg × 3.72 m/s² = 260.4 N

דוגמה עובדת - אדם במשקל 85 ק"ג על נפטון:

Neptune gravity = 1.14g
Weight on Neptune = 85 kg × 1.14 = 96.9 kg
In Newtons: 85 kg × 11.15 m/s² = 947.75 N

דוגמאות מהנות: קפיצה לגובה בכל כוכב

כמה גבוה אתה יכול לקפוץ תלוי הפוך בכוח הכבידה של פני השטח. אם אתה יכול לקפוץ 0.5 מטר (כ-20 אינץ') על פני כדור הארץ, אותו מאמץ שרירי לוקח אותך אל:

Jump height on planet = Jump height on Earth × (g_Earth / g_planet)

השוואת גובה הקפיצה (קו הבסיס: קפיצה של 0.5 מ' על פני כדור הארץ):

Body	Jump Height	Notes
Moon	3.0 m (9.8 ft)	Nearly 3 times your height
Mars	1.32 m (4.3 ft)	Like jumping onto a high table
Mercury	1.32 m (4.3 ft)	Same as Mars — identical gravity
Venus	0.55 m (1.8 ft)	Nearly Earth-like
Jupiter	0.20 m (7.9 in)	Barely off the ground
Pluto	7.9 m (26 ft)	Higher than a 2-story building

על הירח, קפיצה אנכית של 0.5 מטר על פני כדור הארץ מתורגמת לזינוק של 3 מטרים. אסטרונאוטים של אפולו תיעדו את החוויה הזו - למרות שלבשו חליפות חלל מגושמות שהוסיפו 80+ ק"ג של מסה, הם יכלו בקלות לקפוץ 1-2 רגל מעל פני הירח ולקחת מספר שניות לנחות. ריצה בחליפת חלל הפכה לחוויה תוחמת, הילוך איטי.

למה תידרש על צדק

כוח הכבידה של צדק על פני השטח של 2.53 גרם נשמע שרידותי - אחרי הכל, ספורטאים חווים באופן שגרתי 2-3 גרם במהלך פעילות אינטנסיבית. אבל מספר גורמים מורכבים הופכים את צדק לעוין קטלני:

אין משטח מוצק. צדק הוא ענק גז. בירידה לאטמוספירה שלו, הלחץ עולה באופן אקספוננציאלי. בעומקים שניתן להגיע אליהם באמצעות בדיקה, הלחצים מגיעים למיליוני אטמוספרות. כל מבנה פיזי יימחץ לפני שיגיע לכל משטח.

לחץ אטמוספרי מוחץ. באטמוספירה של צדק בגובה העליון של הענן יש כבר 1 בר של לחץ - בדומה לגובה פני הים של כדור הארץ. רק 100 ק"מ עמוק יותר, הלחץ מגיע ל-1,000 בר. חומרים חזקים מספיק כדי לשרוד לחצים כאלה אינם קיימים במבנים מהונדסים.

השפעת 2.53 גרם על גוף הא��ם. חשיפה מתמשכת ל-2.5 גרם גורמת ללחץ קרדיווסקולרי שכן הלב חייב לעבוד הרבה יותר קשה כדי לשאוב דם כלפי מעלה אל המוח. תקופות ממושכות ב-2g+ מובילות ליתר לחץ דם אורתוסטטי, הגדלה קרדיווסקולרית ובסופו של דבר לאי ספיקת לב. גם אם כל הגורמים האחרים היו נשלטים, 2.53g מתמשך אינו תואם למגורים אנושיים לטווח ארוך.

קרינה. השדה המגנטי של צדק לוכד חגורות קר��נה עזות הרבה יותר אנרגטיות מחגורות ואן אלן של כדור הארץ. אדם בתוך סביבת הקרינה של צדק יקבל מנה קטלנית תוך שעות.

הירח ומאדים: בתי גידול אנושיים עתידיים

הירח ומאדים הם הגופים היחידים במערכת השמש שלנו שבהם התיישבות אנושית בטווח הקרוב היא סבירה מבחינה מדעית. לשניהם יש כוח משיכה נמוך בהרבה מכדור הארץ, מה שיוצר אתגרים פיזיולוגיים משמעותיים:

ניוון שרירים: בירח (0.166 גרם) ובמאדים (0.38 גרם), המאמץ השרירי הנדרש לתנועה רגילה מופחת באופן משמעותי. ללא אמצעי נגד, השרירים והעצמות נחלשים מנשיאת עומס מופחתת. אסטרונאוטים של ISS המבלים 6 חודשים ב-0 גרם מאבדים 1-2% מצפיפות העצם בחודש ללא משטרי פעילות גופנית אינטנסיבית.

איבוד צפיפות העצם: עצמות נושאות משקל (עמוד שדרה, ירכיים, עצם הירך) מגיבות לעומס הכבידה על ידי שמירה על צפיפות. ב-0.38 גרם, הגירוי מופחת אך עדיין קיים - מאדים צפוי להיות טוב יותר לבריאות העצם מאשר מיקרו-כבידה אך גרוע יותר מכדור הארץ. ההערכות מצביעות על כך שאיבוד עצם בכוח הכבידה של מאדים עשוי לדרוש פעילות גופנית משלימה של אולי 60% מהעצימות הנדרשת ב-ISS.

השפעות התפתחותיות: ההשפעות של כוח המשיכה החלקי על התפתחות העובר והילדות אינן ידועות לחלוטין. מחקרים בבעלי חיים במיקרו-כבידה מראים חריגות התפתחותיות, אך לא קיימים מחקרים ארוכי טווח בכוח הכבידה. סביבת 0.38 גרם של מא��ים עשויה לתמוך או לא לתמוך בהתפתחות אנושית נורמלית - זה מייצג את אחד הבלתי ידועים הקריטיים ביותר עבור כל מושבה רב-דורית.

הזזות נוזלים: מערכת הלב וכלי הדם האנושית מפיצה מחדש נוזלים תחת כוח הכבידה. בסביבות עם כוח משיכה נמוך, הנוזלים עוברים לכיוון פלג הגוף העליון והראש, וגורמים לנפיחות בפנים, גודש באף, שינויים בראייה (עקב לחץ תוך גולגולתי מוגבר) ושינויים בתפקוד הכליות. השפעות אלו תועדו בהרחבה ב-ISS והן יהיו קיימות אך פחות חמורות ברמות הכבידה של מאדים.

הניגוד בין 0.38 גרם על מאדים ל-1.0 גרם על פני כדור הארץ פירושו שבני אדם המבלים שנים או עשורים על מאדים עשויים להיות מותאמים פיזיולוגית לכוח המשיכה של מאדים ולמצוא את כוח המשיכה של כדור הארץ - בית אבותיהם - בלתי נסבל פיזית בשובם.