Станите на вагу за купатило и она гласи 160 фунти. Тај број изгледа као фиксно својство вашег тела, али није – то је резултат Земљине гравитације која повлачи вашу масу. Однесите то исто тело на Марс и вага показује 61 фунту. На Јупитеру је 405 фунти. На површини Сунца, ако бисте могли да преживите на тренутак, то би било отприлике 4.464 фунте. Ваше тело се уопште није променило. Само гравитација има.
Тежина наспрам масе: Кључна разлика
Маса је количина материје у вашем телу, мерена у килограмима. Она је константна у целом универзуму. Особа од 70 кг има 70 кг масе на Земљи, на Марсу, у дубоком ��вемиру и на површини Плутона.
Тежина је сила којом гравитација делује на ту масу. Израчунава се као:
Weight (N) = Mass (kg) × Gravitational acceleration (m/s²)
На Земљи, гравитационо убрзање на површини је приближно 9,8 м/с² (често се пише као 1г). Особа од 70 кг тежи:
Weight = 70 kg × 9.8 m/s² = 686 Newtons = 70 kg-force
Када кажемо да неко „има 70 кг“, ми н��формално користимо јединице масе за тежину — што добро функционише на Земљи, где је г константан. Оног тренутка када путујете негде другде, разлика постаје суштинска.
Површинска гравитација сваке планете
Површинска гравитација зависи од масе и радијуса планете. Већа маса повећава гравитацију; већи радијус га смањује (даље сте од центра масе). Због тога Сатурн, упркос томе што је скоро 100 пута масивнији од Земље, има површинску гравитацију само мало изнад Земљине - његов огроман радијус више него компензује.
| 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 |
Напомена: Јупитер, Сатурн, Уран и Нептун су гасовити дивови без чврсте површине. Горе наведене вредности "површинске гравитације" представљају гравитацију на врховима облака, дефинисану на 1 бар атмосферског притиска. Не бисте могли стајати на овим планетама.
Формула: Тежина на другој планети
Конверзија је једноставна:
Weight_planet = Weight_Earth × (g_planet / g_Earth)
Или еквивалентно, директно користећи гравитациони однос:
Weight_planet (kg) = Mass (kg) × g_planet_ratio
Радни пример — особа од 70 кг на Марсу:
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
Радни пример — особа од 85 кг на Нептуну:
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
Забавни примери: Висина скакања на свакој планети
Колико високо можете скочити зависи обрнуто од површинске гравитације. Ако можете да скочите 0,5 метара (око 20 инча) на Земљи, исти мишићни напор вас води до:
Jump height on planet = Jump height on Earth × (g_Earth / g_planet)
Поређење висине скока (основна линија: скок од 0,5 м на Земљи):
| 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 |
На Месецу, вертикални скок од 0,5 м на Земљи значи скок од 3 метра. Астронаути Апола су документовали ово искуство - упркос томе што су носили гломазна свемирска одела која су додавала масу од 80+ кг, лако су могли да скоче 1-2 стопе са површине Месеца и треба им неколико секунди да слете. Трчање у свемирском оделу постало је ограничено, успоре��о искуство.
Зашто бисте били сломљени на Јупитеру
Површинска гравитација Јупитера од 2,53 г звучи да је преживети — на крају крајева, спортисти рутински доживљавају 2–3 г током интензивне активности. Али неколико фактора који чине Јупитер смртоносно непријатељским:
Нема чврсте површине. Јупитер је гасни џ��н. Спуштајући се у његову атмосферу, притисак се експоненцијално повећава. На дубинама до којих може доћи сонда, притисци достижу милионе атмосфера. Било која физичка структура би била здробљена пре него што дође до било које површине.
Смањење атмосферског притиска. Јупитерова атмосфера на нивоу облака већ има притисак од 1 бар — слично Земљином нивоу мора. Само 100 км дубље, притисак достиже 1.000 бара. Материјали довољно јаки да преживе такве притиске не постоје у пројектованим структурама.
Утицај од 2,53 г на људско тело. Дуготрајно излагање 2,5 г изазива кардиоваскуларно напрезање јер срце мора да ради много више да би пумпало крв нагоре до мозга. Продужени периоди на 2г+ доводе до ортостатске хипотензије, кардиоваскуларног повећања и на крају срчане инсуфицијенције. Чак и када би се сви други фактори контролисали, 2,53 г није компатибилан са дуготрајним животом људи.
Зрачење. Јупитерово магнетно поље задржава интензивне радијацијске појасеве далеко енергичније од Земљиних Ван Аленових појасева. Човек унутар Јупитеровог окружења зрачења би примио смртоносну дозу у року од неколико сати.
Месец и Марс: Будућа људска станишта
Месец и Марс су једина тела у нашем соларном систему где је краткорочна људска колонизација научно вероватна. Оба имају далеко нижу гравитацију од Земље, што ствара значајне физиолошке изазове:
Атрофија мишића: На Месецу (0,166 г) и Марсу (0,38 г), мишићни напор потребан за нормално кретање је значајно смањен. Без контрамера, мишићи и кости слабе због смањеног оптерећења. ИСС астронаути који проводе 6 месеци на 0 г губе 1-2% густине костију месечно без интензивних режима вежбања.
Губитак густине костију: Кости које носе тежину (кичма, кукови, бутна кост) реагују на гравитационо оптерећење одржавањем густине. На 0,38 г, стимулус је смањен, али и даље присутан — очекује се да ће Марс бити бољи за здравље костију од микрогравитације, али лошији од Земље. Процене сугеришу да би губитак костију услед гравитације Марса могао да захтева додатну вежбу са можда 60% интензитета потребног на ИСС-у.
Ефекти на развој: Ефекти делимичне гравитације на развој фетуса и деце су потпуно непознати. Студије на животињама у микрогравитацији показују развојне абнормалности, али не постоје дугорочне студије парцијалне гравитације. Околина Марса од 0,38 г може, али не мора да подржава нормалан људски развој - ово представља једну од најкритичнијих непознаница за било коју колонију са више генерација.
Промена течности: Људски кардиоваскуларни систем редистрибуира течност под дејством гравитације. У окружењима са ниском гравитацијом, течности се померају ка горњем делу тела и глави, изазив��јући натеченост лица, зачепљеност носа, промене вида (због повећаног интракранијалног притиска) и промене у функцији бубрега. Ови ефекти су опширно документовани на ИСС-у и били би присутни, али мање озбиљни на нивоима гравитације Марса.
Контраст између 0,38 г на Марсу и 1,0 г на Земљи значи да људи који проводе године или деценије на Марсу могу постати физиолошки прилагођени гравитацији Марса и сматрати да је гравитација Земље — њихо��а прадомовина — физички неподношљива по повратку.