Ускорение свободного падения на юпитере сообщение

Обновлено: 05.07.2024

Ускорение свободного падения - это ускорение, придаваемое телу силой тяжести, при исключении из рассмотрения других сил.

Ускорение свободного падения на Юпитере = 24.79 м/с 2

При более точных расчётах необходимо использовать модель гравитационного поля на Юпитере с поправками, связанными с вращением Юпитера и другими факторами.

В соответствии с уравнением движения тел в неинерциальных системах отсчёта ускорение свободного падения численно равно силе тяжести, воздействующей на объект единичной массы.

Ускорение свободного падения на Юпитере может быть также вычислено на основе данных о вращении планеты и её гравитационном поле.

На этой странице представлен самый простой ответ на вопрос чему равно ускорение свободного падения на Юпитере придаваемое телу силой тяжести, при исключении из рассмотрения других сил, для проведения физических расчетов.

Юпитер — самая большая планета Солнечной системы, он имеет наибольшие радиус и массу. Поэтому ускорение свободного падения на Юпитере в 2,67 раза больше, чем на Земле. Состав Юпитера похож на состав звёзд: водород в нём составляет примерно 80%, гелий — примерно 17%. Огромная скорость вращения Юпитера приводит к тому, что он сильно сплюснут у полюсов. Юпитер имеет мощное магнитное поле, происхождение которого связано с тем, что в недрах Юпитера существует огромное давление, при котором водород переходит в металлическое состояние.

У Юпитера 64 спутника, самые крупные — Ио, Европа, Ганимед и Калисто, их размеры сравнимы с размером Луны. Эти спутники видны с Земли в сильный бинокль.

Вокруг Сатурна вращаются 62 спутника, наиболее крупным является Титан, имеющий диаметр в 1,5 раза больше диаметра Луны.

Уран так же, как Сатурн и Юпитер, представляет собой газовый шар, состоящий из водорода, гелия, метана и аммиака. У него тоже есть кольца, только сравнительно тонкие. Уран имеет 27 спутников разного размера, диаметр многих из них превышает 1000 км.

Первым человеком, изучавшим природу падения тел, был греческий ученый Аристотель.

Его теория о том, что все тела хотят обрести состояние покоя, стремясь к центру планеты, отчасти была верна. Однако Аристотель исходил из того, что скорость падения тел напрямую зависит от их массы.

Исаак Ньютон, портрет Жана-Леона

Заблуждение это просуществовало несколько веков, пока итальянец Галилео Галилей не обобщил и не проанализировал опыт и эксперименты нескольких поколений исследователей. Именно он предположил, что в среде, свободной от воздуха, все тела будут падать с одинаковой скоростью. Также Галилей предположил, что во время падения скорость тел постоянно увеличивается.

Экспериментировать со свободным падением тел продолжил Исаак Ньютон. Достижения науки и инженерии позволили ученому ставить эксперименты в среде с разряженным воздухом. Этого удалось достичь благодаря изобретению насоса.

В длинную стеклянную колбу ученый поместил перо и металлическую монетку, после чего откачал из колбы воздух. Падение тел в разряженном воздушном пространстве имело одинаковую скорость, несмотря на большую разницу в массе и плотности.

Эксперимент Гилилея с металлическими шарами

На тот момент четкой формулы ускорения еще не было, но исследователи предположили, что во время свободного падения тело проходит отрезки пространства в равные промежутки времени, а пространства эти соотносятся между собой как нечетные, последовательные числа, например 1:3:5…. Таким образом, был установлен признак равноускоренного движения.

Вскоре эксперименты и несложные вычисления позволили установить величину постоянного ускорения свободного падения (g) на Земле, она оказалась равна 9,8156 м/с2.

Направлено свободное падение всегда вниз. Но почему же тела падают именно таким образом? История об открытии закона всемирного тяготения известна всем: наблюдая за падением яблока с ветки, Ньютон сделал интересный вывод, что сила Земли притягивает к себе все предметы, на любом расстоянии.

И доказательством тому – спутник Земли Луна, которая притягивается Землей и потому движется по орбите вокруг планеты. Однако и Луна обладает силой притяжения, что вызывает на Земле приливы и отливы.

То, что силы, определяющие направление движения небесных тел и вынуждающие тела падать, имеют одну природу, Ньютон смог сформулировать только к концу 17 века.

Формула ускорения свободного падения

Доказательство своего закона всемирного тяготения Ньютон начал с вычисления ускорения Луны относительно центра Земли. Ученый понимал, что на эту величину влияет не только удаленность предметов друг от друга, но и их масса. Таким образом, сила тяготения прямо пропорциональна массе притягиваемого тела (второй закон Ньютона).

Также Ньютон пришел к выводу, что сила, удерживающая планеты на своих орбитах (сила притяжения Солнца), уменьшается пропорционально их расстоянию от Солнца в квадрате.

Суть закона всемирного тяготения заключается в следующем: каждая частица Вселенной притягивает любую другую частицу с силой, обратно пропорциональной расстоянию между ними в квадрате и прямо пропорциональной произведению масс этих частиц.

На Луне и на других планетах сила тяжести, воздействующая на одно и то же тело, будет неодинакова, зависит она напрямую от массы космического тела. Например, ускорение g на Луне в несколько раз меньше, чем на Земле.

Таким образом, зная массу планеты, можно вычислить ускорение свободного падения тела на этой планете.

Показатели g – ускорение свободного падения на Солнце и планетах солнечной системы:

Юпитер – самая большая планета Солнечной системы. Она относится к газовым гигантам. Этот космический объект привлекает внимание астрономов: к нему регулярно летают космические аппараты, присылающие на Землю все больше информации. Узнать больше об этой планете будет интересно каждому любителю звездного неба.

Общие сведения о Юпитере

Юпитер – это пятая планета от Солнца. В настоящее время известно 79 его спутников. Это небесное тело состоит из ядра, нескольких слоев и плотной атмосферы. Его магнитное поле напоминает плоский диск. Интересно, что у Юпитера есть кольца, их видно только с близкого расстояния.

Планета хорошо заметна на ночном небе. Она очень яркая из-за способности поверхности хорошо отражать солнечные лучи. Низкая плотность Юпитера подсказывает исследователям, что основную его массу составляют газы. Однако вопрос о составе ядра остается нерешенным.

Юпитер и Земля значительно отличаются друг от друга по своей структуре. Ввиду малой плотности и большого объема пятую от Солнца планету относят к газовым гигантам.

Происхождение названия

Название планеты происходит от имени римского бога Юпитера. Это бог неба, дневного света, грозы и одновременно отец всех богов.

Как образовался Юпитер

Размер

Радиус Юпитера – около 70 тыс. км. Диаметр Юпитера – около 139,8 тыс. км. Столь значительные размеры объясняются тем, что он первым начал формироваться вблизи Солнца. Из-за этого будущая планета сконцентрировала значительные количества газообразного вещества, находящегося вокруг главной звезды.

Масса Юпитера более чем в два раза превышает все остальные небесные тела Солнечной системы (без Солнца), включая кометы и астероиды. Площадь Юпитера превышает 62 млрд. км 2 .

Возраст планеты

Возраст Солнечной системы – примерно 4,6 млрд. лет. Применение методов изотопного анализа позволило установить время возникновения планеты. Ядро Юпитера сформировалось примерно через миллион лет после того, как образовалось Солнце.

Цвет планеты

Фото показывают нам Юпитер с пятнами и полосами белого, красного, коричневого, оранжевого и желтого оттенков. Цвет планеты постоянно изменяется, поскольку здесь все время образуются атмосферные вихри, быстро меняются погодные условия.

Во время штормов происходит перенос серы, углеводорода, фосфора и других веществ. Этот процесс создает пятна разного цвета. Они помогают более подробно изучить атмосферные явления, происходящие на планете.

Атмосфера

Атмосфера Юпитера состоит из нескольких слоев.

Тропосфера

Тропосфера имеет толщину около 50 км. Водяной пар, гидросульфит аммония и аммиак образуют в ней белые и красные линии. В белых зонах газ поднимается, а в красных – опускается. Эти области могут разделяться потоками ветра. В верхних слоях тропосферы температура достигает –160° по Цельсию.

Стратосфера

Стратосфера имеет толщину около 320 км. Она состоит из углеводородной дымки. Температура в стратосфере достигает –100 °С. Эта область атмосферы нагревается как от солнечных лучей, так и от внутреннего тепла планеты. По мере повышения температуры возрастает скорость движения атмосферной оболочки.

Термосфера и экзосфера

Температура термосферы может достигать 725 °С. Она создает очень слабое свечение, благодаря которому планета ночью не погружается полностью во тьму. Источник тепла – Солнце и частички магнитосферы.

На северном и южном полюсе наблюдаются полярные сияния. Их интенсивность намного больше земных. Они формируются благодаря наличию магнитного поля планеты, мощного излучения, а также вулканическими выбросами на спутнике Ио.

В экзосфере молекулы газов постепенно уходят в космическое пространство. Четких границ этой части атмосферы нет.

Состав

В основном атмосферная оболочка гиганта состоит из водорода и гелия. В незначительном количестве присутствует метан, аммиак, сера и водяной пар.

Радиационные пояса

Из-за огромного давления внутри Юпитера водород находится в жидком состоянии. Электроны хорошо проводят электричество, а дополнительное воздействие быстрого вращения планеты порождает очень мощное магнитное поле. Оно притягивает ионизированные частицы, содержащиеся в солнечном ветре и генерируемые спутниками. Часть из них является причиной возникновения полярных сияний, а часть формирует радиационные пояса планеты.

Радиационные пояса Юпитера очень мощные. Поток электронов опасен для космических аппаратов, так как он может серьезно повредить аппаратуру.

Физические характеристики Юпитера

Главные физические характеристики планеты:

полярное сжатие – 0,06487;
радиус по экватору – 71,492 тыс. км;
средний радиус – 69,911 тыс. км;
площадь поверхности – 62,2 млрд. км 2 ;
объем – 1430 трлн. км 3 ;
масса – 1,89∙10 24 т;
плотность – 1,33 г/см;
ускорение свободного падения (на экваторе) – 24,8 м/с 2 ;
вторая космическая скорость – 59,5 км/с;
скорость вращения на экваторе 45300 км/ч
период вращения вокруг оси (продолжительность суток) 9 ч 55 мин;
наклон оси вращения относительно плоскости эклиптики 3,1°;
продолжительность года – 12 лет.

Интересный факт: у Юпитера есть кольца. Они достаточно тонкие, поэтому ученые долго не могли их обнаружить. Выделяют внутреннее кольцо, главное кольцо и внешние кольца.

Температура планеты Юпитер

Каждый слой имеет различную температуру воздуха. В связи с повышенным уровнем радиации ученые могут только предполагать, насколько нагреты те или иные участки.

Наиболее нагрето ядро – примерно в 6 раз больше, чем у Земли. Вокруг него находится металлический водород. В таком состоянии это вещество из-за высочайшего давления в центре планеты. Для астрономов это пока недоступная область. Возможная температура оболочки вокруг ядра – от 6 до 21 тыс. градусов. Это предположение строилось на том, что для перехода твердого водорода в жидкий требуются высокие температурные показатели. Однако из-за чрезвычайно высокого давления металлический водород может существовать и при указанных выше условиях.

Температура на Юпитере отрицательная и достигает -170°C. В нижних слоях она выше на 20 – 25°. В стратосфере температурные показатели повышаются и на высоте 1000 км достигают уже 600 °С.

Погода на Юпитере

Погоду на Юпитере можно назвать экстремальной. Здесь постоянно образуются сильные штормы, ураганы. Скорость ветра может достигать 600 км/ч. Вихри появляются в конкретной точке внезапно. Положение штормов изменяется также очень быстро, в течение нескольких часов.

Существуют также участки, в которых потоки воздуха опускаются. Они окрашены в темно-коричневый цвет и именуются поясами. Белые участки называются зонами. Их цвет обусловлен особенностями состава газов.

Состав и строение поверхности

Юпитер состоит главным образом из газообразного и жидкого вещества. Строение Юпитера типично для газовых гигантов.

Внешний слой – это атмосфера. Внутренняя часть состоит из водорода, ядра и других химических веществ. Ядро, по-видимому, это смесь из твердого металлического водорода с гелием. О наличии этой части планеты стало известно только в конце 1990-х годов. До этого астрономы иначе представляли себе внутреннее строение планеты: они допускали, что в недрах происходят процессы радиоактивного распада. Предполагается, что ядро может быть тяжелее Земли в 12 – 45 раз и составлять от 4 до 14% всей планетарной массы.

Ближе к ядру возрастает давление и температура. В самом ядре она может достигать 35700 °С. Давление в самом центре планеты достигает невероятных 4500 ГПа.

Орбита Юпитера

Главнейшие орбитальные характеристики Юпитера:

расстояние до Солнца в перигелии – 740,5 млн. км;
расстояние до Солнца в афелии – 816,5 млн. км;
большая полуось Юпитера составляет 778,5 млн. км;
эксцентриситет – 0,0487;
средняя скорость вращения по орбите – 13 км/с.

Большое красное пятно

Это интересная особенность планеты. Пятно является мощным антициклоном. Темно-красный цвет происходит от частиц серы и аммиака, которые, в свою очередь, поступают из глубин атмосферы. От контакта с лучами Солнца они то темнеют, то светлеют.

В настоящий момент неизвестно, постоянное ли это пятно или временное. Известно, что впервые его открыли астрономы в 1600-х гг. Оно сокращается в размере, хотя и не исчезает. Предположительно, что через 20 лет оно станет практически круглым, а в один день, возможно, просто исчезнет.

Красное пятно располагается в верхних слоях атмосферы. Его край обращается со скоростью примерно 360 км/ч. Размеры пятна – 12 тыс. км х 24 тыс. км. Оно возвышается примерно на 8 км над облаками.

Спутники Юпитера

Ганимед

Ганимед – крупнейший спутник Юпитера. Его радиус составляет 2634 км, а площадь поверхности – 87 млн. км 2 . Весит он в 40 раз меньше Земли. Сила притяжения на его поверхности почти в 7 раз меньше земной. Спутник вращается вокруг Юпитера в среднем на расстоянии 1 млн. 70 тыс. км (третий по удаленности). Примечательно, что масса Ганимеда составляет 45% такого же показателя Меркурия. Один оборот вокруг Юпитера спутник совершает примерно за неделю.

Ганимед был открыт Галилеем в 1610 г. Назван в честь мифического сына троянского царя Троса – Ганимеда, который, будучи похищенным орлом Зевса, сделался на Олимпе виночерпием. За это ему была дарована вечная молодость и бессмертие.

Вероятно, этот спутник был сформирован из аккреционного диска либо из туманности, состоявшей из пыли и газа. Она некоторое время окружала Юпитер после образования гиганта. Спутник образовался ближе к планете: в этом месте туманность была более плотной.

Ганимед состоит из скальных пород и замерзшей воды. В составе льда может находиться аммиак. Точный состав твердых пород неизвестен. Спектральный анализ показал наличие на Ганимеде таких веществ:

двуокиси углерода;
двуокиси серы;
дициана;
серной кислоты;
органических соединений;
сульфата магния и натрия.

Предполагается, что спутник состоит из железистого ядра, мантии и слоя льда. Ядро, вероятно, имеет радиус от 700 до 900 км, внешний слой льда – 800 – 1000 км. Остальная часть приходится на силикатную мантию. На поверхности обнаруживаются кратеры, канавчатые участки, полярные шапки.

Каллисто

Это второй по размеру спутник Юпитера, наиболее удаленный от него и третий по размерам среди спутников во всей Солнечной системе. Назван в честь любовницы Зевса – персонажа древнегреческой мифологии.

Период обращения Каллисто вокруг оси равен времени, за которое спутник делает оборот вокруг Юпитера. Следовательно, он всегда обращен к планете одной стороной. Радиус 2410 км почти равен такому же показателю у Меркурия. Площадь поверхности – 73 млн. км 2 . Масса спутника – примерно 10 20 тонн, а объем – 59 млрд. км 3 . На Каллисто сила притяжения в 8 раз меньше земной. Наклона оси нет.

Предположительно, Каллисто образовался в результате аккреции из облака пыли и газа. Под поверхностью находится океан из жидкой воды толщиной приблизительно в 100 км. Вероятно, здесь может присутствовать внеземная жизнь. Каллисто может служить для человечества удобной космической базой для изучения планет-гигантов, поскольку этот спутник находится вне зоны действия радиационных поясов.

Интересный факт: количество спутников Юпитера может меняться. Некоторые кометы, притягиваемые планетой, могут становиться ее временными лунами.

Европа

Это наименьший из галилеевых спутников, обнаруженных в 1610 г. Радиус Европы около 1560 км, площадь поверхности – свыше 30 млн. км 2 . Объем спутника – около 16 млрд. км 3 . Ускорение свободного падения в экваториальной области составляет примерно 1,3 м/с 2 . Как и Каллисто, повернут к Юпитеру одной стороной. Среднее расстояние до планеты – примерно 665 тыс. км.

Поверхность спутника ледяная и является самой гладкой во всей Солнечной системе. И хотя на Европе мало кратеров, зато здесь можно увидеть большое количество трещин. Лед на поверхности сравнительно молодой. Температура поверхности достигает –190 °С. Уровень радиации на Европе очень высок – свыше 5 Зв в сутки. Такая доза за это время способна вызвать у человека тяжелую лучевую болезнь.

Под поверхностью спутника может существовать океан. Многие астрономы считают, что водоем мог бы сформироваться под воздействием тепла, вырабатываемого приливами. Версия о радиоактивном распаде как источнике тепла не выдерживает критики, так как нагрев вследствие этого явно недостаточный.

Спектрографические наблюдения обнаружили на Европе наличие разреженной атмосферы, состоящей из молекул кислорода. Источником кислорода является разложение молекулы воды на атомы водорода и кислорода под воздействием солнечного излучения и радиации. Водород в условиях низкого тяготения быстро улетучивается в межпланетное пространство. Атмосферное давление на Европе не больше одной миллионной доли паскаля.

Спутник рассматривается как одно из мест в Солнечной системе, где может быть внеземная жизнь. Вероятно, что она может существовать в океане, находящемся под поверхностью. В настоящее время признаков жизни на Европе не обнаружено. Спутник находится в зоне воздействия мощных радиационных поясов Юпитера. Космонавт, который рискнет прогуляться по поверхности Европы, получит смертельную дозу радиации в течение нескольких часов.

Это самый близкий к Юпитеру спутник со средним расстоянием от планеты примерно в 420 тыс. км. Масса его около 9∙10 19 тонн, а объем – приблизительно 25 млрд. км 3 . Сила тяжести на поверхности равна приблизительно 1,8 м/с 2 . Как Каллисто или Европа, повернут к Юпитеру всегда одной стороной. Его период обращения вокруг планеты – примерно 1,75 дня. Название спутник получил в честь мифологического персонажа Ио – жрицы Геры. С диаметром в 3 тыс. 642 км является четвертым по величине спутником в Солнечной системе.

Читайте также: