Atsistokite ant vonios svarstyklių ir rodo 160 svarų. Atrodo, kad šis skaičius yra fiksuota jūsų kūno savybė, bet taip nėra – tai Žemės gravitacijos, traukiančios jūsų masę, rezultatas. Nuneškite tą patį kūną į Marsą ir svarstyklės rodo 61 svarą. Jupiteryje jis sveria 405 svarus. Saulės paviršiuje, jei galėtumėte išgyventi akimirksniu, ji svertų maždaug 4 464 svarus. Jūsų kūnas visiškai nepasikeitė. Turi tik gravitacija.
Svoris ir masė: pagrindinis skirtumas
Masė – tai medžiagos kiekis jūsų kūne, matuojamas kilogramais. Jis yra pastovus visoje visatoje. 70 kg sveriantis žmogus turi 70 kg masės Žemėje, Marse, giluminėje erdvėje ir Plutono paviršiuje.
Svoris yra jėga, kurią gravitacija veikia tą masę. Jis apskaičiuojamas taip:
Weight (N) = Mass (kg) × Gravitational acceleration (m/s²)
Žemėje gravitacinis pagreitis paviršiuje yra maždaug 9,8 m/s² (dažnai rašoma kaip 1g). 70 kg sveriantis žmogus sveria:
Weight = 70 kg × 9.8 m/s² = 686 Newtons = 70 kg-force
Kai sakome, kad kažkas „sveria 70 kg“, neoficialiai naudojame masės vienetus svoriui – tai puikiai veikia Žemėje, kur g yra pastovus. Kai keliaujate kitur, skirtumas tampa esminis.
Kiekvienos planetos paviršiaus gravitacija
Paviršiaus gravitacija priklauso nuo planetos masės ir spindulio. Didesnė masė padidina gravitaciją; didesnis spindulys jį sumažina (esate toliau nuo masės centro). Štai kodėl Saturnas, nors ir yra beveik 100 kartų masyvesnis už Žemę, paviršiaus gravitacija tik šiek tiek viršija Žemės – didžiulis spindulys daugiau nei kompensuoja.
| 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 |
Pastaba: Jupiteris, Saturnas, Uranas ir Neptūnas yra dujiniai milžinai, neturintys kieto paviršiaus. Aukščiau pateiktos „paviršinės gravitacijos“ vertės reiškia gravitaciją debesų viršūnėse, apibrėžtą esant 1 bar atmosferos slėgiui. Jūs negalėtumėte stovėti šiose planetose.
Formulė: svoris kitoje planetoje
Konvertavimas yra paprastas:
Weight_planet = Weight_Earth × (g_planet / g_Earth)
Arba lygiaverčiai, tiesiogiai naudojant gravitacinį santykį:
Weight_planet (kg) = Mass (kg) × g_planet_ratio
Pavyzdys – 70 kg sveriantis žmogus Marse:
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
Pavyzdys – 85 kg sveriantis žmogus Neptūne:
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
Linksmi pavyzdžiai: šuolis į aukštį kiekvienoje planetoje
Kaip aukštai galite šokti, atvirkščiai, priklauso nuo paviršiaus gravitacijos. Jei galite nušokti 0,5 metro (apie 20 colių) Žemėje, tomis pačiomis raumenų pastangomis turėsite:
Jump height on planet = Jump height on Earth × (g_Earth / g_planet)
Šuolio aukščio palyginimas (pradinis lygis: 0,5 m šuolis Žemėje):
| 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 |
Mėnulyje 0,5 m vertikalus šuolis Žemėje reiškia 3 metrų šuolį. „Apollo“ astronautai užfiksavo šią patirtį – nepaisant to, kad dėvėjo didelius skafandrus, kurie prideda daugiau nei 80 kg masės, jie galėjo lengvai nušokti 1–2 pėdas nuo mėnulio paviršiaus ir nusileisti užtruko kelias sekundes. Bėgimas su skafandru tapo ribojančia, sulėtinta patirtimi.
Kodėl jus sugniuždė Jupiteris
2,53 g Jupiterio paviršiaus gravitacija skamba išgyvenamai – juk sportininkai intensyvios veiklos metu reguliariai patiria 2–3 g. Tačiau keli sudėtingi veiksniai daro Jupiterį mirtinai priešišką:
Nėra kieto paviršiaus. Jupiteris yra dujų milžinas. Nusileidus į atmosferą, slėgis didėja eksponentiškai. Zondu pasiekiamame gylyje slėgis siekia milijonus atmosferų. Bet kokia fizinė struktūra būtų sutraiškyta prieš pasiekiant bet kokį paviršių.
Gniuždantis atmosferos slėgis. Jupiterio atmosferoje debesų viršūnėje jau yra 1 baro slėgis – panašus į Žemės jūros lygį. Vos 100 km giliau slėgis siekia 1000 barų. Inžinerinėse konstrukcijose nėra pakankamai stiprių medžiagų, kad atlaikytų tokį slėgį.
2,53 g poveikis žmogaus organizmui. Nuolatinis 2,5 g poveikis sukelia širdies ir kraujagyslių sistemos įtampą, nes širdis turi dirbti daug sunkiau, kad pumpuotų kraują aukštyn į smegenis. Pailgėjusios mėnesinės 2 g+ sukelia ortostatinę hipotenziją, širdies ir kraujagyslių išsiplėtimą ir galiausiai širdies nepakankamumą. Net jei visi kiti veiksniai būtų kontroliuojami, ilgalaikis 2,53 g svoris yra nesuderinamas su ilgalaikiu žmonių gyvenimu.
Radiacija. Jupiterio magnetinis laukas sulaiko intensyvios spinduliuotės juostas, daug energingesnes nei Žemės Van Alleno diržai. Jupiterio spinduliuotės aplinkoje esantis žmogus mirtiną dozę gautų per kelias valandas.
Mėnulis ir Marsas: ateities žmonių buveinės
Mėnulis ir Marsas yra vieninteliai mūsų Saulės sistemos kūnai, kuriuose moksliškai tikėtinas trumpalaikis žmonių kolonizavimas. Abiejų jų gravitacija yra daug mažesnė nei Žemės, todėl kyla didelių fiziologinių problemų:
Raumenų atrofija: Mėnulyje (0,166 g) ir Marse (0,38 g) raumenų pastangos, reikalingos normaliam judėjimui, gerokai sumažėja. Nesiimant atsakomųjų priemonių, dėl sumažėjusios apkrovos susilpnėja raumenys ir kaulai. TKS astronautai, 6 mėnesius praleidžiantys 0 g svorio, netenka 1–2% kaulų tankio per mėnesį be intensyvių mankštų.
Kaulų tankio mažėjimas: Svorį laikantys kaulai (stuburas, klubai, šlaunikaulis) reaguoja į gravitacinį krūvį išlaikydami tankį. Kai sveria 0,38 g, dirgiklis yra sumažintas, bet vis dar yra – tikimasi, kad Marsas bus geresnis kaulų sveikatai nei mikrogravitacija, bet blogesnis nei Žemė. Apskaičiavimai rodo, kad dėl Marso gravitacijos kaulų nykimo gali prireikti papildomų pratimų, kurių intensyvumas gali siekti 60 % TKS reikalaujamo intensyvumo.
Poveikis vystymuisi: Dalinės gravitacijos poveikis vaisiaus ir vaikystės vystymuisi visiškai nežinomas. Mikrogravitacijos tyrimai su gyvūnais rodo vystymosi anomalijas, tačiau ilgalaikių dalinės gravitacijos tyrimų nėra. 0,38 g sverianti Marso aplinka gali palaikyti normalią žmogaus raidą arba nepalaikyti – tai yra vienas iš svarbiausių nežinomybių bet kuriai kelių kartų kolonijai.
Skysčių poslinkiai: žmogaus širdies ir kraujagyslių sistema perskirsto skysčius veikiant gravitacijai. Mažos gravitacijos aplinkoje skysčiai pasislenka link viršutinės kūno dalies ir galvos, sukeldami veido paburkimą, nosies užgulimą, regėjimo pokyčius (dėl padidėjusio intrakranijinio slėgio) ir inkstų funkcijos pokyčius. Šie poveikiai buvo plačiai dokumentuoti TKS ir būtų buvę, bet ne tokie stiprūs Marso gravitacijos lygiu.
Kontrastas tarp 0,38 g Marse ir 1,0 g Žemėje reiškia, kad žmonės, praleidžiantys Marse metus ar dešimtmečius, gali fiziologiškai prisitaikyti prie Marso gravitacijos ir grįžę pastebėti, kad Žemės gravitacija – jų protėvių namai – yra fiziškai netoleruotina.