Сила тяжести на юпитере кратко

Обновлено: 03.07.2024

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Физические условия на поверхности планет Солнечной системы были и остаются в центре внимания астрономии. Определение силы тяжести с необходимой точностью выполняются для планирования и совершения разнообразных межпланетных миссий и применяются в проектах по освоению соседних с Землёй, планет. Необходимо точно представлять себе, какая именно сила будет воздействовать на людей со стороны планеты, чтобы вычислить вес космонавтов. Это поможет при нахождении технических решений для будущих экспедиций, например, при конструировании скафандров.

Объект исследования: сила тяжести планет Солнечной системы

Цель исследования: найти вес человека на планетах Солнечной системы.

Методы исследования: сбор и анализ информации по теме с использованием различных литературных источников.

Основная часть

Планеты нашей Солнечной системы представляли живой интерес для физиков и астрономов с самого момента их обнаружения на обширном космическом пространстве. При их детальном изучении в течение долгого времени было установлено, что все планеты различны по своему весу и размеру, составу поверхности, физическим и химическим свойствам, а в особенности по величине силы тяжести.

Как известно из большинства источников, сила тяжести может быть рассчитана по формуле F =m* g , где масса тела m умножается на величину ускорения свободного падения g. Для примера возьмём вес человека, равный 60 кг и округлим величину g до показателя в 10 м/с., следовательно, на Земле сила тяжести будет равна 600 Н. Аналогично проведём расчёт по формуле силы тяжести для других планет, используя величину свободного ускорения,

полученную астрономом О. Н. Коротцевым. Итак, имеем следующие данные:

Плутон – 36 Н (0,6 м/с * 60 кг)

Меркурий – 222 Н (3,7 м/с * 60 кг)

Марс – 234 Н (3,9 м/с * 60 кг)

Сатурн – 624 Н (10,4 * 60 кг)

Уран – 534 Н (8,9 м/с * 60 кг)

Венера – 540 Н (9 м/с * 60 кг)

Земля – 600 Н (10 м/с * 60 кг)

Нептун – 660 Н (11 м/с * 60 кг)

Юпитер – 1440 Н (24 м/с * 60 кг)

Как видно из расчётов, Земля по показателю силы тяжести находится между гигантами, где на Сатурне и Уране она меньше, а на Юпитере и Нептуне выше. Причём стоит отметить, что на Юпитере ключевой фактор величины силы тяжести не только в его огромных размерах, но и в величине центробежного ускорения. На Венере человек весом в 60 кг будет примерно на 10 % легче, в то время как на Меркурии и Марсе легче почти в 2,6 раза. Наиболее лёгким человек будет на Плутоне, где разница составляет 16,6 раза.

Как итог, сила тяжести на различных планетах действительно различается: на одних разница невелика, а на других может достигать десятки раз. Это зависит не только от размеров планеты, твёрдости или газообразности её поверхности, но и от величины её центробежного ускорения, а также от распределения масс в недрах небесного тела.

Сила тяжести на других планетах — можно ли как-то определить

Вес любого тела зависит от силы тяжести.

Сила тяжести — это сила, с которой крупный астрономический объект притягивает тело, находящееся вблизи его поверхности.

Сила тяжести — проявление гравитационного взаимодействия. Гравитационное взаимодействие — самое слабое из четырех фундаментальных взаимодействий. Все обладающие массой тела во Вселенной притягиваются друг к другу силами гравитации, но это притяжение становится очевидным только в присутствии очень крупных объектов: звезд, планет и их спутников, астероидов, черных дыр.

Гравитация вблизи черных дыр настолько сильна, что притягивается даже свет. Но и частицы газа и пыли в космосе испытывают гравитационное притяжение. Находясь вдали от массивных тел, они будут притягиваться друг к другу. Большое количество частиц, медленно сближаясь, образует облако или туманность, а впоследствии может дать начало звезде или планете.

Силу гравитационного взаимодействия можно рассчитать. Согласно закону всемирного тяготения она пропорциональна произведению масс взаимодействующих объектов и обратно пропорциональна расстоянию между ними.

F = G m 1 m 2 r 2

где G — гравитационная постоянная,

m_1 и m_2— массы взаимодействующих тел,

r — расстояние между центрами масс.

Так как масса Земли — величина постоянная, для расчетов используют краткую формулу.

где g — ускорение свободного падения,

m — масса тела, на которое действует сила тяжести.

Эта же формула применяется для расчета силы тяжести, действующей на тело, на поверхности любой другой планеты. Чтобы ей воспользоваться, нужно знать ускорение свободного падения, а оно зависит от характеристик планеты: массы и радиуса.

Особенности расчета, какие для этого потребуются параметры

Сила тяжести на других планетах зависит от массы планет и радиуса или расстояния от поверхности до центра массы. Планеты Солнечной системы имеют разные массы и размеры, поэтому силы тяжести на них также различны.

Например, масса Луны равна 7 . 36 × 10 2 2 килограмма, это в 81 раз меньше земной массы. Средний радиус Луны в 3,66 раз меньше земного. Следовательно, ускорение свободного падения на Луне в шесть раз меньше, чем на Земле. А значит и сила тяжести, действующая на одно и то же тело, будет отличаться в шесть раз.

Из-за такой разницы предмет на Земле, падающий с высоты двух метров, достигнет поверхности за 0,64 секунды, а на Луне падение с той же высоты займет 1,57 секунды. На Земле скорость падения увеличится до 6,25 м/сек, на Луне — всего лишь до 2,55 м/сек.

Для газовых планет (Юпитер, Сатурн) радиус принят как условная величина, так как у них нет твердой поверхности.

На величину силы тяжести влияет и центробежная сила. При вращении планеты она отталкивает предметы от поверхности. Чем быстрее планета вращается, тем меньше будет сила тяжести при остальных равных условиях.

Ускорение свободного падения у поверхностей планет Солнечной системы, Солнца и Луны (в м / с 2 и g )

Земля — 9 , 81 м / с 2 или 1g;
Луна — 1 , 62 м / с 2 или 0,165g;
Солнце — 273 , 1 м / с 2 или 27,85g;
Меркурий — 3 , 70 м / с 2 или 0,378g;
Венера — 8 , 88 м / с 2 или 0,906g;
Марс — 3 , 86 м / с 2 или 0,394g;
Юпитер — 24 , 79 м / с 2 или 2,528g;
Сатурн — 10 , 44 м / с 2 или 1,065g;
Уран — 8 , 86 м / с 2 или 0,903g;
Нептун — 11 , 09 м / с 2 или 1,131g.

Сила тяжести на небесных телах Солнечной системы

Округлим величину g до 10 м / с 2 . Тогда сила тяжести (в ньютонах), действующая на человека весом 60 кг, будет равна:

Плутон — 36 Н ( 0 , 6 м / с 2 · 60 к г ) ;
Меркурий — 222 Н ( 3 , 7 м / с 2 · 60 к г ) ;
Марс — 234 Н ( 3 , 9 м / с 2 · 60 к г ) ;
Сатурн — 624 Н ( 10 , 4 м / с 2 · 60 к г ) ;
Уран — 534 Н ( 8 , 9 м / с 2 · 60 к г ) ;
Венера — 540 Н ( 9 м / с 2 · 60 к г ) ;
Земля — 600 Н ( 10 м / с 2 · 60 к г ) ;
Нептун — 660 Н ( 11 м / с 2 · 60 к г ) ;
Юпитер — 1440 Н ( 24 м / с 2 · 60 к г ) .

Для Юпитера величина силы тяжести дана с учетом центробежной силы.

На малых небесных телах сила тяжести будет намного меньше. Например, на Церере, одном из самых больших астероидов Солнечной системы, ускорение свободного падения в 32 раза меньше, чем на Земле. Человек, оказавшись там, сможет поднять автомобиль, а просто оттолкнувшись от поверхности — преодолеть силу притяжения и улететь в космическое пространство.

Сравнительная таблица веса тела на Земле и других планетах Солнечной системы

Даже на Земле вес одного и того же тела будет немного отличаться в зависимости от его положения. Это происходит по трем причинам.

1. Форма Земли — не ровный шар, а геоид. Она немного сжата у полюсов и наиболее близка к сплюснутому эллипсоиду. Поэтому расстояние от поверхности до центра тяжести планеты на экваторе на 21 км больше, чем у полюса. Вес предмета на экваторе на 1 190 меньше веса этого же предмета на полюсе.

2. Небольшое уменьшение веса предметов на экваторе происходит за счет центробежной силы, связанной с вращением Земли вокруг своей оси.

Все это верно не только для Земли, но и для других планет. Поэтому в таблице нижу указан примерный вес человека. В реальности он будет немного отличаться от указанного в зависимости от дополнительных условий.

Общеизвестно, что Земля имеет форму шара, сплюснутого у полюсов. Поэтому вес одного и того же тела (определяемый силой притяжения) в различных местах планеты неодинаков. Например, взрослый человек, переместившись из высоких широт к экватору, "потеряет в весе" около 0,5 кг. А какова сила тяжести на других планетах Солнечной системы?

Теория сэра Ньютона

Один из отцов-основателей классической механики, великий английский математик, физик и астроном Исаак Ньютон, изучая движение Луны вокруг нашей планеты, в 1666 году сформулировал Закон всемирного тяготения. По мнению ученого, именно сила тяготения лежит в основе движения всех тел в космосе и на Земле, будь то планеты, вращающиеся вокруг звезд, или яблоко, падающее с веток. Согласно Закону, сила притяжения двух материальных тел пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами.

Вес и масса

Несколько слов о физических терминах. Теория классической механики утверждает, что гравитация возникает вследствие взаимодействия тела с космическим объектом. Силу, с которой это тело действует на опору или подвес, называют весом тела. Единица измерения этой величины - ньютон (Н). Вес в физике обозначают, как и силу, буквой F и вычисляют по формуле F=mg, где коэффициент g - ускорение свободного падения ( у поверхности нашей планеты g=9,81 м/с 2 ).

Под массой понимают фундаментальный физический параметр, определяющий количество материи, заключенной в теле, и его инертные свойства. Традиционно измеряется в килограммах. Масса тела постоянна в любом уголке нашей планеты и даже Солнечной системы.

Если бы Земля имела строгую шарообразную форму, вес определенного предмета на различных географических широтах земной поверхности на уровне моря был бы неизменным. Но наша планета имеет форму эллипсоида вращения, причем полярный радиус на 22 км короче экваториального. Поэтому, согласно Закону всемирного тяготения, вес тела на полюсе будет на 1/190 больше, чем на экваторе.

На Луне и Солнце

Исходя из формулы, силу тяжести на других планетах и астрономических телах можно легко вычислить, зная их массу и радиус. Кстати, в основе способов и методов определения этих величин лежит все тот же Закон всемирного тяготения Ньютона и 3-й закон Кеплера.

Масса ближайшего к нам космического тела - Луны - в 81 раз, а радиус - в 3,7 раза меньше соответствующих земных параметров. Таким образом, вес любого тела на единственном естественном спутнике нашей планеты будет в шесть раз меньше, чем на Земле, при этом ускорение свободного падения будет иметь значение 1,6 м/с 2 .

На поверхности нашего светила (в районе экватора) этот параметр имеет значение 274 м/с 2 - максимальное в Солнечной системе. Здесь сила тяжести в 28 раз превосходит земную. Например, человек массой 80 кг имеет вес на Земле около 800 Н, на Луне - 130 Н, а на Солнце - более 22 000 Н.

Сила тяжести на других планетах

В 2006 году астрономы мира условились считать, что в состав Солнечной системы входит восемь планет (Плутон причислили к карликовым планетам). Условно их принято разделять на две категории:

Земная группа ( от Меркурия до Марса).
Гиганты (от Юпитера до Нептуна).

В центре Солнечной системы

Космические объекты, принадлежащие к первой группе, расположены внутри орбиты пояса астероидов. Для этих планет характерно следующее строение:

Центральная область - горячее и тяжелое ядро, состоящее из железа и никеля.
Мантия, большую часть которой составляют ультраосновные магматические породы.
Кора, состоящая из силикатов (исключение - Меркурий). В связи с разряженностью атмосферы, его верхний слой сильно разрушен метеоритами).

Некоторые астрономические параметры и сила тяжести на других планетах кратко отражены в таблице.

Данные планет земной группы

Радиус орбиты (млн км)	Радиус (тыс. км)	Масса (кг)	Ускорение своб. падения g (м/с 2 )	Вес космонавта (Н)
Меркурий	57,9	2,4	3,3×10 23	3,7	260
Венера	108,2	6,1	4,9×10 24	8,8	622
Земля	149,6	6.4	6×10 24	9,81	686
Марс	227,9	3,4	6.4×10 23	3,86	270

Оперируя данными таблицы, можно определить, что сила тяжести на поверхности Меркурия и Марса в 2,6 раза меньше, чем на Земле, а на Венере вес космонавта будет меньше земного лишь на 1/10 часть.

Гиганты и карлики

Планеты-гиганты, или внешние планеты, располагаются за орбитой Главного пояса астероидов. В основе каждого из этих тел каменное ядро небольших размеров, покрытое громадной газообразной массой, состоящей преимущественно из аммиака, метана и водорода. Гиганты имеют малые периоды обращения вокруг своей оси (от 9 до 17 часов), и при определении гравитационных параметров необходимо учитывать действие центробежных сил.

Вес тела на Юпитере и Нептуне будет больше, чем на Земле, а вот на других планетах сила тяжести немного меньше земной. Эти объекты не имеют твердой или жидкой поверхности, поэтому расчеты ведутся для границы верхнего облачного слоя (см. таблицу).

Планеты-гиганты

Радиус орбиты (млн км)	Радиус (тыс. км)	Масса (кг)	Ускорение своб. падения g (м/с 2 )	Вес космонавта (Н)
Юпитер	778	71	1,9×10 27	23,95	1677
Сатурн	1429	60	5,7×10 26	10,44	730
Уран	2871	26	8,7×10 25	8,86	620
Нептун	4504	25	1,0×10 26	11,09	776

(Примечание: данные по Сатурну во многих источниках (цифровых и печатных) весьма противоречивы).

В заключение несколько любопытных фактов, дающих наглядное представление о том, какая сила тяжести на других планетах. Единственное небесное тело, на котором побывали представители человечества, - Луна. По воспоминаниям американского астронавта Нила Армстронга, тяжелый защитный скафандр не мешал ему самому и его коллегам с легкостью совершать прыжки на высоту до двух метров - с поверхности до третьей ступеньки лестницы лунного модуля. На нашей планете такое же усилие привело лишь к прыжку на 30-35 см.

Вокруг Солнца обращается еще несколько карликовых планет. Масса одной из самых больших - Цереры - в 7,5 тыс. раз меньше, а радиус - в два десятка раз меньше земного. Сила тяжести на ней настолько слаба, что космонавт смог бы легко переместить груз массой около 2 тонн, а оттолкнувшись от поверхности "карлика", просто улетел бы в космическое пространство.