Сила тяжести зависит от луны

Сила тяжести зависит от луны

В данной главе мы рассмотрим, как Луна воздействует своим гравитационным полем собственно на саму Землю, т.е. на ее тело и ее движение по орбите. Последствия данного воздействия для различных земных сфер — литосферы, гидросферы, ядра, атмосферы, магнитосферы и др., а также для биосферы будут рассмотрены в следующих главах.

ВНИМАНИЕ!
Графики гравитационного взаимодействия Луны и Земли см. с помощью сервиса
ЛУННЫЙ ФАКТОР

3.1. ПАРАМЕТРЫ ЛУННОЙ ГРАВИТАЦИИ.

Расчетные соотношения и константы

Для расчета гравитационного воздействия Луны воспользуемся формулой классической физики, определяющей силу F взаимного притяжения двух тел с массами M1 и M2, центры масс которых находятся друг от друга на расстоянии R:

(1) F (н) = (G x M1 x M2) / R 2 ,

где G = 6,67384 х 10 -11 — гравитационная постоянная.

Данная формула дает значение силы притяжения в единицах системы СИ — ньютонах (н). Для целей нашего трактата удобнее и понятнее будет оперировать килограммами силы (кгс), которые получаются делением F на коэффициент 9,81, т.е.:

(2) F (кгс) = (G x M1 x M2) / (9,81 х R 2 )

Для дальнейших расчетов нам потребуются следующие константы:

1. масса Луны — 7,35 х 10 22 кг;
2. среднее расстояние от Земли до Луны — 384400 км;
3. средний радиус Земли — 6371 км;
4. масса Солнца — 1,99 х 10 30 кг;
5. среднее расстояние от Земли до Солнца — 149,6 млн. км;

Сила лунного притяжения на Земле

В соответствии с формулой (2), сила притяжения Луной тела массой 1 кг, находящегося в центре Земли, при расстоянии между Луной и Землей, равном его среднему значению, равна:

(3) F = (6,67 х 10 -11 х 7,35 х 10 22 х 1) / (9,81 х 384400000 2 ) = 0, 000003382 кгс

т.е. всего 3,382 микрограмма. Для сравнения расчитаем силу притяжения того же тела Солнцем (также для среднего расстояния):

(4) F = (6,67 х 10 -11 х 1,99 х 10 30 х 1) / (9,81 х 149600000000 2 ) = 0, 000604570 кгс,

т.е. 604,570 микрограмм, что почти в 200 (двести!) раз больше, чем сила притяжения Луной.

Кроме того, вес тела, находящегося на поверхности Земли, изменяется в гораздо более существенных пределах из-за отклонения формы Земли от идеальной, неравномерности рельефа и плотности, а также влияния центробежных сил. Так, например, вес тела массой в 1 кг на полюсах больше веса на экваторе примерно на 5,3 грамма, причем одна треть этой разницы обусловлена сплюснутостью Земли с полюсов, а две трети — центробежной силой на экваторе, направленной против силы тяжести.

Как видно, прямое гравитационное воздействие Луны на конкретное тело, находящееся на Земле, является в прямом смысле микроскопическим и при этом существенно уступает гравитационному воздействию Солнца и геофизических аномалий.

Градиент силы лунного притяжения

Обратимся к рис.3.1. Для среднего значения расстояния Земля — Луна сила притяжения Луной тела массой 1 кг, расположенного на поверхности Земли в ближайшей к Луне точке составляет 3,495 микрограмм, что на 0,113 микрограмм больше, чем сила притяжения того же тела, но расположенного в центре Земли. Сила же притяжения тела, находящегося на поверхности Земли, Солнцем (также для среднего значения расстояния) составит 604,622 микрограмма, что больше силы притяжения того же тела, но расположенного в центре Земли, на 0,052 микрограмма.

Рис.3.1 Лунная и солнечная гравитация

Т.о, несмотря на неизмеримо меньшую массу Луны по сравнению с Солнцем, градиент силы ее тяготения на орбите Земли в среднем в два с лишним раза больше градиента силы тяготения Солнца.

3.2. ВЛИЯНИЕ НА ТЕЛО ЗЕМЛИ

Для иллюстрации воздействия гравитационного поля Луны на тело Земли обратимся к рис. 3.2.

Рис.3.2 Влияние гравитационного поля Луны на тело Земли.

Данный рисунок представляет весьма и весьма упрощенную картину реакции тела Земли на воздействие лунной гравитации, но достоверно отражает суть процесса — изменение формы земного шара под воздействием т.н. приливных (или приливообразующих) сил, направленных вдоль оси Земля — Луна, и противодействующих им сил упругости тела Земли. Приливные силы возникают из-за того, что точки Земли, расположенные ближе к Луне, притягиваются к ней сильнее, чем точки, расположенные дальше от нее. Иными словами, деформация тела Земли является следствием градиента силы притяжения Луны и противодействующих ему сил упругости тела Земли. В результате действия этих сил размер Земли увеличивается в направлении действия приливных сил и уменьшается в поперечном направлении, вследствие чего на поверхности образуется волна, именуемая приливной. Эта волна имеет два максимума, находящиеся на оси Земля — Луна и перемещающиеся по поверхности Земли в направлении, противоположном направлению ее вращения. Амплитуда волны зависит от широты местности и текущих параметров орбиты Луны и может достигать нескольких десятков сантиметров. Максимальное значение она будет иметь на экваторе при прохождении Луной ее перигея.

Солнце также вызывает приливную волну в теле Земли, но существенно меньшую из-за меньшего градиента силы его тяготения. Совместное гравитационное воздействие Луны и Солнца на тело Земли зависит от их взаимного расположения. Максимально значение приливных сил и, соответственно, максимальная амплитуда приливной волны достигается при расположении всех трех объектов на одной оси, т.е. в состоянии т.н. сизигии (выравнивания), что имеет место при новолунии (Луна и Солнце в «соединении») или при полнолунии (Луна и Солнце в «оппозиции»). Данные конфигурации иллюстрируются рис. 3.3 и 3.4.

Рис.3.3 Совместное влияние гравитационных полей Луны и Солнца на тело Земли
в «соединении» (в новолуние).

Рис.3.4 Совместное влияние гравитационных полей Луны и Солнца на тело Земли
в «оппозиции» (в полнолуние).

По мере отклонения Луны и Солнца от линии сизигии вызываемые ими приливные силы и, соответственно, приливные волны начинают приобретать самостоятельный характер, их сумма уменьшается, а степень их противодействия друг другу растет. Противодействие достигает максимума, когда угол между направлениями на Луну и Солнце из центра Земли равен 90°, т.е. данные тела находятся в «квадрате», а Луна, соответственно, находится в фазе четверти (первой или последней). В этой конфигурации приливные силы Луны и Солнца действуют на форму тела Земли строго противоположно, соответствующие приливные волны на поверхности максимально разнесены, а их амплитуда минимальна, что иллюстрируется рис. 3.5.

Рис.3.5 Совместное влияние гравитационных полей Луны и Солнца на тело Земли в «квадрате».

Примечание. «Соединение», «оппозиция», «квадрат» (или «квадратура») — термины, используемые в астрономии и астрологии для определения геометрии взаимного расположения двух небесных тел или точек относительно Земли. Подробнее см. Лунные аспекты.

Физика земных приливных процессов под воздействием гравитационных полей Луны и Солнца весьма сложна и требует учета большого числа параметров. На эту тему было разработано большое число различных теорий, проведено много экспериментальных исследований, написано огромное количество статей, монографий и диссертаций. Даже на сегодняшней день в этой области остается много «белых» пятен, противоречащих друг другу точек зрения и альтернативных подходов. Для желающих углубиться в проблематику земных приливов можно рекомендовать фундаментальное исследование П. Мельхиора «Земные приливы» (пер. с англ., М., «Мир», 1968 г. 483 страницы).

3.3. ВЛИЯНИЕ НА ОРБИТУ ЗЕМЛИ

Как было отмечено в п.1.1 главы 1, Луна для естественного спутника планеты обладает аномально большой массой, поэтому более корректно считать, что Земля и Луна образуют двойную планетную систему, вращающуюся вокруг общего центра масс, который смещен относительно центра Земли в среднем на 4670 км. Вследствие этого Земля, вращаясь вокруг своей центральной оси, одновременно вращается и вокруг этого центра масс с периодом, равным синодическому лунному месяцу, т.е. 29,530588 солнечных суток. В результате на эллиптическую орбиту Земли накладывается переменнная «модулирующая» составляющая с соответствующей амплитудой и периодом (см. рис.3.6).

Рис.3.6 Модуляция орбиты Земли лунной гравитацией

Эта составляющая изменяет расстояние от Земли до Солнца, что приводит к колебаниям солнечной гравитации примерно на ± 450 мкгс, практически не влияя на ее градиент. Кроме того, она создает определенные силы инерции, внося дополнительный вклад в изменение силы тяжести в зависимости от положения тела на поверхности Земли, а также незначительно влияет на величину достигающей Земли солнечной энергии (см. здесь).

3.4. КРАТКОЕ РЕЗЮМЕ

Следствием воздействия лунной гравитации на Землю являются два фундаментальных явления:

1. Лунные приливы на поверхности Земли — периодических изменений уровня земной поверхности, синхронизированные с суточным вращением Земли и перемещением Луны по орбите.
2. Наложение на земную орбиту переменной составляющей, синхронизированной с вращением системы Земля — Луна вокруг общего центра масс.

Данные явления являются главными механизмами воздействия Луны на земные сферы — литосферу, гидросферу, земное ядро, атмосферу, магнитосферу и др. Более подробно об этом — в следующей главе.

Источник

Разница между гравитацией Земли и гравитацией Луны

Основное различие между гравитацией Земли и гравитацией Луны состоит в том, что гравитация Земли сильнее из-за больших размеров и имеет массивные объекты, которые проявляют большую гравитацию, тогда к

Содержание:

Главное отличие

Основное различие между гравитацией Земли и гравитацией Луны состоит в том, что гравитация Земли сильнее из-за больших размеров и имеет массивные объекты, которые проявляют большую гравитацию, тогда как гравитация Луны слабее, чем гравитация Земли из-за того, что луна меньше по размеру.

Гравитация Земли против Гравитации Луны

Гравитация на поверхности Земли равна 9,8 м / с2, тогда как гравитация Луны на поверхности Луны составляет всего 1,63 м / с2. Гравитация Земли очень точно нанесена на карту, в то время как гравитация Луны очень плохо нанесена на карту. Земная гравитация достаточно сильна, чтобы выдержать и выдержать атмосферу на земле; с другой стороны, на лунной гравитации нет атмосферы.

Земля больше по сравнению с луной; напротив, луна меньше по размеру по сравнению с землей. Гравитационная сила Земли сильнее Луны из-за присутствия на Земле более массивных объектов; с другой стороны, гравитация луны слабее Земли из-за меньших размеров по сравнению с землей. Гравитация Земли обозначается грамм; наоборот, лунная гравитация обозначается г.

Сравнительная таблица

Что такое гравитация Земли?

Гравитация Земли — это общее ускорение, которое передается объектам из-за совокупного результата гравитации и наличия центробежной силы от вращения Земли. Земное притяжение обозначается малым грамм, или гравитационная постоянная обозначается большой ГРАММ. Единица СИ ускорения земной гравитации измеряется в метрах на секунду квадратного м / с 2 и который соответствует ньютону за килограмм.

Ускорение силы тяжести вблизи поверхности земли составляет около 9,8 м / с. 2 , Точная и точная сила тяжести Земли варьируется в зависимости от местоположения. Значение Стандартной силы тяжести земной поверхности составляет 9,80665 м / с. 2 , Поверхность Земли вращается 24 часа в сутки, поэтому она не является инерциальной системой отсчета.

Наружная центробежная сила, создаваемая вращением Земли, больше в широтах в непосредственной близости от экватора. Вторая главная причина изменения силы тяжести, присутствующего в разных широтах Земли, заключается в экваториальном значении Земли. Гравитация Земли уменьшается с увеличением высоты, потому что большая высота означает большее отличие от средней точки Земли.

Некоторые различные факторы, такие как в воде или в воздухе, объекты практикуют ассоциативную силу сопротивления, которая уменьшает поверхностную силу земной гравитации. Гравитация Земли достаточно сильна, чтобы выдержать и выдержать атмосферу на земле. Ускорение земной гравитации является векторной величиной. Гравитационная сила Земли сильнее луны из-за присутствия на Земле более массивных объектов.

Что такое лунная гравитация?

Из-за силы тяжести, присутствующей на поверхности Луны, ее общее ускорение составляет 1,62 м / с2, что составляет около 16,6%, присутствующего на поверхности Земли. Но по всей поверхности Луны гравитационное ускорение составляет около 0,0253 м / с. 2 потому что вес напрямую зависит от гравитационного ускорения.

Все вещи на Луне будут весить только 16,6% по сравнению с тем, что они весят на земле, например, если кто-то весит на земле 200 фунтов, то на Луне его вес будет 30 фунтов. Гравитационное ускорение Луны было измерено по радиосигналам, выпущенным на орбите космического корабля.

Главной особенностью моно гравитации является наличие маскона, который представляет собой большие положительные гравитационные аномалии, непосредственно связанные с некоторыми из гигантских бассейнов воздействия. Гравитация луны слабее земной, из-за меньшего размера по сравнению с землей. Поскольку на лунной гравитации нет атмосферы, шансов выдержать температуру меньше.

Ключевые отличия

1. Гравитация на поверхности Земли равна 9,8 м / с2, тогда как гравитация Луны на поверхности Луны составляет всего 1,63 м / с2.
2. Гравитация Земли обозначается грамм; наоборот, лунная гравитация обозначается
3. Гравитация Земли очень точно нанесена на карту, в то время как гравитация Луны очень плохо нанесена на карту.
4. Гравитация Земли достаточно сильна, чтобы поддерживать атмосферу; с другой стороны, на лунной гравитации нет атмосферы.
5. Земля больше по сравнению с луной; напротив, луна меньше по размеру по сравнению с землей.
6. Гравитационная сила Земли сильнее Луны из-за присутствия на Земле более массивных объектов; с другой стороны, гравитация луны слабее Земли из-за меньших размеров по сравнению с землей.

Заключение

Из приведенного выше обсуждения следует, что гравитация Земли сильнее гравитации Луны, потому что Земля более массивна, тогда как гравитация Луны слабее гравитации Земли из-за того, что Луна меньше по размеру.

Источник