A gravitációs mező az a vonzó mező, amelyet minden olyan testre gyakorolunk, amely tömeggel rendelkezik a Földön (vagy egy másik csillagon ). Ez a mező a gyorsulás , gyakran egyszerűen nehéznek vagy „g”. Most a Föld gravitációja miatt a gravitáció , de abban különbözik tőle a axifugal gyorsulás által indukált a Föld forgása önmagát.
A gravitációs ered Newton-féle gravitációs törvény a Newton , hogy minden masszív testek, az égitestek és a Föld fejtenek területén gravitáció felelős vonzóerő más tömeges szervek. A földi referenciakeretet , a forgómozgás tengelye körül a pólusok indukál axifugal meghajtó gyorsulás amely együtt gravitációs, meghatározza a gravitáció. Ez a meghatározás más égitestekre is általánosítható: ezután például a Mars gravitációjáról beszélünk .
Az erőt , amelynek egy test a gravitáció miatt van kitéve, ennek a testnek a súlyának nevezzük, és tömege közvetlenül kapcsolódik a gravitációhoz; A mértékegység a newton , mint bármely erő. Ez az erő határozza meg a hely függőleges helyzetét, azt az irányt, amelyben az összes szabad test egy adott helyen a föld felé esik, és amelyet mérőszalaggal lehet mérni .
A Föld gravitációja a helytől függően változik. Gyakorlati célokból a Súlyok és Mérések Általános Konferenciája 1901-ben meghatározta a gravitáció gyorsulásának normál értékét , amelyet g 0 -nak neveztek, amely egyenlő 9,806 65 m / s 2 , vagy körülbelül 9,81 m s −2 (vagy 9,81 N / kg). Ez az érték a gravitációnak felel meg egy ideális ellipszoidon, amely megközelíti a tengerszintet és 45 ° szélességi fokon .
A gravitáció a gravitáció fő alkotóeleme. Bármilyen tömeg által egy másik misén kifejtett vonzerőből származik. Minden masszív testhez, beleértve az égitesteket is, egy olyan gravitációs mező társul, amely vonzó erőt fejt ki hatalmas tárgyakon. Az első pontos leírást a gravitáció adja Newton-féle gravitációs törvény a Newton :
A gravitációs erő, amelyet egy égitesttől távol elhelyezkedő tömeges tárgyra gyakorolnak , amelynek tömege állítólag a tömegközéppontjában ( baricentrumban ) koncentrálódik , a csillag közepe felé irányul, és egyenlő:
val vel:G az univerzális állandó a gravitáció . Az SI rendszerben érdemes:
G = 6,674 × 10 −11 m 3 kg −1 s −2A gravitációs tér az égitest összetételének és topográfiájának heterogenitása miatt térbeli eltéréseknek van kitéve. Az égitest körül keringő műholdak pályáinak anomáliáinak tanulmányozásával következtethetünk a tömegek belső eloszlására, valamint a túlcsordult test domborzatára.
A gravitáció a Föld helyzetétől függően is változik: az Egyenlítőnél gyengébb, mint a pólusoknál, a Föld sugarainak egyenlőtlen értéke miatt, és a magassággal csökken. Idővel az árapályok miatti víztömegek mozgása periodikus gravitációs változásokat eredményez.
A gravitáció az égitesten megfigyelt valós erőtér. Tárgyakra kapcsolódik egy forgó égitest, mint például a Föld, de magában foglalja axifuge tehetetlenségi erő , amely ellene a gravitációs erő (pontosabban, ez hozzáadódik vektoriálisan ).
A gravitációs mezőt egy olyan vektormező írja le (megjegyezzük ), amelynek irányát plumb vonal jelzi, és amelynek normáját (megjegyezzük ) egy ismert merevségű rugó meghosszabbításával vagy egy nehéz inga periódusának mérésével lehet mérni. .
Egy tömeges tárgy egy olyan helyen, ahol a gravitáció gyorsulása megéri , egy súlynak nevezett gravitációs erőnek van kitéve , amelynek értéke . Ez az erő lefelé hat a hely függőleges mentén , abban az irányban, amelyben az összes szabad test egy adott helyen a föld felé esik, és amelyet mérőszalaggal lehet mérni .
1903-ban a kilogramm-erőt vagy a kilogramm-súlyt határozták meg az erő mértékegységeként. Ez egy 1 kg tömeg tömege olyan helyen, ahol a gravitációs gyorsulás megegyezik a gravitáció gyorsulásának normál értékével , amelyet g n jegyeznek fel, és egyenlő 9,806 65 m s −2 .
A kilogramm erő elavult mértékegység, definíció szerint 9,806 65 newton .
A Föld, amely önmagában forog, és nem gömb alakú és homogén csillag, a gravitáció gyorsulása a helytől és a következő tényezőktől függ:
Az alábbi képlet a gravitációs gyorsulás normálértékének hozzávetőleges értékét adja meg a földrajzi szélesség függvényében és a földi sugár előtti alacsony magasságban (általában: néhány ezer méter):
val vel:
Gyakorlati célokból a Súlyok és Mérések Általános Konferenciája 1901-ben meghatározta a gravitációs gyorsulás normál értékét 0 magasságban, egy ideális ellipszoidon, amely a föld felszínéhez közeledett, 45 ° szélességi fokon, ami 9,806 65 m / s 2 , vagy 980,665 Gal (a régi CGS mérőrendszerből származtatott egység , amelyet a gravimetriában még mindig használnak, 1 cm / s 2 ).
A mindennapi nyelvben gyakran beszélünk " g " -ről, mint gravitációs egységről, amely megegyezik a föld gravitációjának normál értékével, azaz 9,806 65 m / s 2 . Például azt olvassuk, hogy a hold gravitációja egyenlő 0,16 g- rel , vagyis a normális földi gravitáció 0,16-szorosával , vagy hogy egy centrifugában lévő űrhajós (vagy egy vadászpilóta viszont) 6 g- hat gyorsuláson megy keresztül. a föld gravitációjának a szorosa.
A Föld gravitációs mezőjének ismerete a geodetikusok számára könnyen érthető, ha tudjuk, hogy az egyes pontok irányát, amely megfelel a vízvezeték által biztosított hely függőlegesének, referenciaként használjuk bármely geodéziai felállításakor. mérőeszköz. Részletesebben meg lehet érteni a gravitációs terület ismeretének érdeklődését a következő okok miatt:
A gravitáció a gravitáció változásainak és szabálytalanságainak mértéke; ez azonban közvetlenül nem mérhető: először meg kell mérnünk a gravitációt, és hozzá kell rendelnünk a szükséges korrekciókhoz, például a Föld forgása vagy az árapály okozta hatásokhoz - a víztömegek elmozdulása periodikus gravitációs változásokat eredményez. A gravimetrikus mérések lehetővé teszik a Földön belüli tömegek egyenlőtlen eloszlásának leírását, amely a gravitációban a helytől függően egyenetlenségeket vált ki.
Általánosságban elmondható, hogy a g relatív variációi fontosabbak a geodetikus és a geofizikus számára, mint az abszolút értékek; Valójában a differenciális mérések pontosabbak, mint az abszolút mérések.
A g legnagyobb változása a Föld felszínén körülbelül 5 gal (5 × 10 −2 m s −2 ), és a g szélességi fokú variációjának tulajdonítható . A geoid gravitációs anomáliának nevezett rövidebb hullámhossz-változások jellemzően néhány tizedtől néhány tíz milligalig (mgal) vannak. Bizonyos geodinamikai jelenségekben, amelyek megfigyelése a geodéziai műszerek fejlődésének köszönhetően a közelmúltban lehetővé vált, a g variációi érdekelnek minket az idő függvényében, amelyek amplitúdója csak néhány mikrogalot ér el (µgal). Elméleti vizsgálatok ( módok a sejtmagba , világi variációja g ) jelenleg irányozza variációit g szintjén helyezkedik a nanogal (ngal).
A gravitációs kutatásban és az építőiparban a g jelentős anomáliái általában néhány mikrogál és néhány tized milligal között vannak. Ötletek rögzítéséhez, amikor a Föld felszínén három méterrel emelkedik, a gravitáció körülbelül 1 mgal-kal változik.
Ha az objektum a földhöz képest nem mozdulatlan , a Coriolis gyorsulása , a tárgy sebességével arányos, hozzáadódik a gravitáció sebességéhez. Általában túl gyenge ahhoz, hogy észrevehető legyen, de fontos szerepet játszik a légkör légmozgásában , különösen a szélben .
Még a magasság és a szélesség, valamint a napi forgás hatásait is korrigálva, a gravitációs gyorsulás nem elegendő a testek Földre esésének teljes leírására .
Galileo (1564-1642) olasz tudós az elsők között írta le és nagyjából számszerűsítette a föld gravitációját. A Pisa-torony tetejéről végzett mitikus kísérlet során megjegyezte, hogy a különböző súlyú nehéz golyóknak ugyanolyan esési ideje van, de amikor a Párbeszédben a világ két nagy rendszeréről elmagyarázza, miért így vákuumban van , gondolatkísérletekkel igazolja : különösen úgy, hogy két azonos súlyú és alakú követ képzel el, amelyek egyidejűleg leesnek és összekapcsolódnak, vagy összekapcsolódnak egy lánccal, így két azonos súlyú különálló testet vagy egyetlen kettős testet alkot. súlyú, de minden esetben azonos esési sebességgel rendelkezik.
1604 körül Galileo megfigyelést alkalmazott: egy szabad esésben lévő tárgy kezdeti sebessége nulla, de amikor a talajra ér, sebessége… nem nulla. Tehát a sebesség az esés során változik. Galileo egyszerű törvényt javasol: a sebesség folyamatosan változik 0-tól, és arányosan az esés kezdete óta eltelt idővel. Tehát: sebesség = állandó × eltelt idő .
Arra a következtetésre jut, hogy zuhanáskor a megtett távolság arányos az eltelt idő négyzetével. Pontosabban: távolság = ½ konstans × eltelt idő 2 (a fentivel megegyező állandóval). Ötletét egy kísérlet erősíti meg, a keze által felépített anyaggal: ferde ereszcsatornával, amely mentén harangok vannak elrendezve, amelyek jelzik a labda átjutását.
Ha egy tárgyat nem mérnek vákuumban, akkor annak mért " súlya " megegyezik a tömegével, annak tömegével csökkentve az elmozdított levegő térfogatának súlya ( Archimédész tolóereje ). E korrekció nélkül a toll kilogrammjának súlya kisebb, mint egy kilogramm ólomé (mivel ennek a kilogramm tollnak a térfogata nagyobb, mint ugyanazon kilogramm ólom térfogata, és a tolóerő Arkhimédész tehát fontosabb).
A súrlódás a levegő okozza aerodinamikai erők és különösen a drag , amely ellenzi a mozgás, ami egy kis labdát, hogy gyorsabban esnek, mint egy nagy az azonos tömegű .
A Holdon a gravitáció körülbelül hatszor kisebb, mint a Földön (kb. 1,6 m / s 2 szemben 9,8 m / s 2 ), a Hold kisebb tömegének (81,3-szor kisebb) és kisebb sugara ellenére (3,67-szeres) kisebb). Ez magyarázza az amerikai Apollo űrprogram űrhajósainak rendkívüli ugrásait . A jelenséget Tintin On a Marche sur la Lune című albumában várták és népszerűsítették .