Stāviet uz vannas istabas svariem, un tas sver 160 mārciņas. Šķiet, ka šis skaitlis ir jūsu ķermeņa fiksēta īpašība, bet tā nav — tas ir rezultāts tam, ka Zemes gravitācija velk jūsu masu. Aizvediet to pašu ķermeni uz Marsu, un skala rāda 61 mārciņu. Uz Jupitera tas sver 405 mārciņas. Ja jūs varētu izdzīvot uz Saules virsmas, tā svērtu aptuveni 4464 mārciņas. Jūsu ķermenis vispār nav mainījies. Ir tikai gravitācija.
Svars pret masu: galvenā atšķirība
Masa ir vielas daudzums jūsu ķermenī, ko mēra kilogramos. Tas ir nemainīgs visā Visumā. 70 kg smagam cilvēkam uz Zemes, uz Marsa, dziļajā kosmosā un uz Plutona virsmas ir 70 kg masa.
Svars ir spēks, ar kuru gravitācija iedarbojas uz šo masu. To aprēķina šādi:
Weight (N) = Mass (kg) × Gravitational acceleration (m/s²)
Uz Zemes gravitācijas paātrinājums uz virsmas ir aptuveni 9,8 m/s² (bieži rakstīts kā 1g). 70 kg smags cilvēks sver:
Weight = 70 kg × 9.8 m/s² = 686 Newtons = 70 kg-force
Kad mēs sakām, ka kāds sver 70 kg, mēs neoficiāli izmantojam masas mērvienības, kas darbojas labi uz Zemes, kur g ir nemainīgs. Brīdī, kad ceļojat citur, atšķirība kļūst būtiska.
Katras planētas virsmas gravitācija
Virsmas gravitācija ir atkarīga no planētas masas un rādiusa. Lielāka masa palielina gravitāciju; lielāks rādiuss to samazina (jūs atrodaties tālāk no masas centra). Tāpēc Saturnam, neskatoties uz to, ka tas ir gandrīz 100 reižu masīvāks par Zemi, virsmas gravitācija ir tikai nedaudz augstāka par Zemes gravitāciju — tā milzīgais rādiuss vairāk nekā kompensē.
| 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 |
Piezīme: Jupiters, Saturns, Urāns un Neptūns ir gāzes milži bez cietas virsmas. Iepriekš minētās "virsmas gravitācijas" vērtības atspoguļo gravitāciju mākoņu virsotnēs, kas noteiktas pie 1 bāra atmosfēras spiediena. Jūs nevarētu stāvēt uz šīm planētām.
Formula: svars uz citas planētas
Pārvēršana ir vienkārša:
Weight_planet = Weight_Earth × (g_planet / g_Earth)
Vai līdzvērtīgi, tieši izmantojot gravitācijas koeficientu:
Weight_planet (kg) = Mass (kg) × g_planet_ratio
Nostrādāts piemērs — 70 kg smags cilvēks uz Marsa:
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
Darbīgs piemērs — 85 kg smags cilvēks uz Neptūna:
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
Jautri piemēri: lēkšana augstumā uz katras planētas
Tas, cik augstu jūs varat lēkt, ir apgriezti atkarīgs no virsmas gravitācijas. Ja jūs varat pārlēkt 0,5 metrus (apmēram 20 collas) uz Zemes, ar tādu pašu muskuļu piepūli jūs varat:
Jump height on planet = Jump height on Earth × (g_Earth / g_planet)
Lēciena augstuma salīdzinājums (bāzes līmenis: 0,5 m lēciens uz Zemes):
| 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 |
Uz Mēness 0,5 m vertikāls lēciens uz Zemes nozīmē 3 metru lēcienu. Apollo astronauti dokumentēja šo pieredzi — neskatoties uz to, ka viņi valkāja apjomīgus skafandrus, kas pievienoja vairāk nekā 80 kg masu, viņi varēja viegli nolēkt 1–2 pēdas no Mēness virsmas un nolaisties vairākas sekundes. Skriešana skafandrā kļuva par ierobežojošu, lēnas kustības pieredzi.
Kāpēc jūs būtu satriekts Jupiterā
Jupitera virsmas gravitācija 2,53 g izklausās izturama — galu galā sportisti intensīvas aktivitātes laikā regulāri piedzīvo 2–3 g. Taču vairāki sarežģījoši faktori padara Jupiteru nāvējoši naidīgu:
Nav cietas virsmas. Jupiters ir gāzes gigants. Nolaižoties tās atmosfērā, spiediens palielinās eksponenciāli. Dziļumā, ko sasniedz zonde, spiediens sasniedz miljoniem atmosfēru. Jebkura fiziska struktūra tiktu saspiesta, pirms tā sasniedz jebkuru virsmu.
Sasmalcināšanas atmosfēras spiediens. Jupitera atmosfērā mākoņu augšējā līmenī jau ir spiediens 1 bar — līdzīgs Zemes jūras līmenim. Tikai 100 km dziļāk spiediens sasniedz 1000 bārus. Materiāli, kas ir pietiekami spēcīgi, lai izturētu šādu spiedienu, nepastāv inženiertehniskajās konstrukcijās.
2,53 g ietekme uz cilvēka ķermeni. Ilgstoša 2,5 g iedarbība izraisa sirds un asinsvadu spriedzi, jo sirdij ir jāstrādā daudz vairāk, lai sūknētu asinis uz augšu uz smadzenēm. Pagarinātas menstruācijas pie 2 g+ izraisa ortostatisku hipotensiju, sirds un asinsvadu sistēmas paplašināšanos un galu galā sirds mazspēju. Pat ja visi citi faktori tiktu kontrolēti, ilgstoši 2,53 g nav savienojami ar ilgstošu cilvēku apdzīvošanu.
Radiācija. Jupitera magnētiskais lauks aiztur intensīvas starojuma joslas, kas ir daudz enerģiskākas nekā Zemes Van Allena jostas. Cilvēks Jupitera radiācijas vidē dažu stundu laikā saņemtu nāvējošu devu.
Mēness un Marss: nākotnes cilvēku dzīvotnes
Mēness un Marss ir vienīgie ķermeņi mūsu Saules sistēmā, kur tuvākā laika cilvēku kolonizācija ir zinātniski ticama. Abām ir daudz mazāka gravitācija nekā Zemei, kas rada ievērojamas fizioloģiskas problēmas:
Muskuļu atrofija: uz Mēness (0,166 g) un Marsa (0,38 g) muskuļu piepūle, kas nepieciešama normālai kustībai, ir ievērojami samazināta. Bez pretpasākumiem muskuļi un kauli novājinās no samazinātas slodzes. ISS astronauti, kas pavada 6 mēnešus ar 0 g, zaudē 1–2% no kaulu blīvuma mēnesī bez intensīvas vingrojumu shēmas.
Kaulu blīvuma zudums: Svaru nesošie kauli (mugurkauls, gurni, augšstilba kauls) reaģē uz gravitācijas slodzi, saglabājot blīvumu. Pie 0,38 g stimuls ir samazināts, bet joprojām pastāv — sagaidāms, ka Marss kaulu veselībai būs labāks nekā mikrogravitācija, bet sliktāks par Zemi. Aplēses liecina, ka Marsa gravitācijas kaulaudu zudumam varētu būt nepieciešama papildu vingrošana, iespējams, 60% no ISS nepieciešamās intensitātes.
Ietekme uz attīstību: daļējas gravitācijas ietekme uz augļa un bērnības attīstību nav pilnībā zināma. Mikrogravitācijas pētījumi ar dzīvniekiem liecina par attīstības anomālijām, bet nav ilgtermiņa daļējas gravitācijas pētījumu. 0,38 g Marsa vide var atbalstīt vai neatbalstīt normālu cilvēka attīstību — tas ir viens no vissvarīgākajiem nezināmajiem faktoriem jebkurai daudzu paaudžu kolonijai.
Šķidruma maiņa: cilvēka sirds un asinsvadu sistēma gravitācijas ietekmē pārdala šķidrumus. Vidēs ar zemu gravitācijas spēku šķidrumi novirzās uz ķermeņa augšdaļu un galvu, izraisot sejas pietūkumu, aizliktu degunu, redzes izmaiņas (paaugstināta intrakraniālā spiediena dēļ) un izmaiņas nieru darbībā. Šīs sekas ir plaši dokumentētas uz SKS, un Marsa gravitācijas līmeņos tās būtu mazāk smagas.
Kontrasts starp 0,38 g uz Marsa un 1,0 g uz Zemes nozīmē, ka cilvēki, kas pavada uz Marsa vairākus gadus vai gadu desmitus, var fizioloģiski pielāgoties Marsa gravitācijai un atgriežoties atrast Zemes gravitāciju — viņu senču mājas — fiziski nepanesamu.