Застанете на вага за бања и гласи 160 фунти. Тој број изгледа како фиксна особина на вашето тело, но не е - тоа е резултат на гравитацијата на Земјата што ја влече вашата маса. Однесете го истото тело на Марс и вагата гласи 61 килограм. На Јупитер чита 405 фунти. На површината на Сонцето, кога би можеле да преживеете за момент, тоа би гласело околу 4.464 фунти. Вашето тело воопшто не се променило. Само гравитацијата има.
Тежина наспроти маса: клучната разлика
Масата е количината на материја во вашето тело, мерена во килограми. Таа е константна низ целиот универзум. ��ичност од 70 килограми има 70 килограми маса на Земјата, на Марс, во длабоката вселена и на површината на Плутон.
Тежината е силата што гравитацијата ја врши врз таа маса. Се пресметува како:
Weight (N) = Mass (kg) × Gravitational acceleration (m/s²)
На Земјата, гравитациското забрзување на површината е приближно 9,8 m/s² (често се пишува како 1 g). Лице од 70 кг тежи:
Weight = 70 kg × 9.8 m/s² = 686 Newtons = 70 kg-force
Кога велиме дека некој „тежи 70 кг“, ние неформално користиме масени единици за тежина - што функционира добро на Земјата, каде што g е константна. Во моментот кога патувате на друго место, разликата станува суштинска.
Површинска гравитација на секоја планета
Површинската гравитација зависи од масата и радиусот на планетата. Поголемата маса ја зголемува гравитацијата; поголем радиус го намалува (подалеку сте од центарот на масата). Ова е причината зошто Сатурн, и покрај тоа што е речиси 100 пати помасивен од Земјата, има површинска гравитација само малку над Земјината - неговиот огромен радиус повеќе отколку што компензира.
| 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 |
Забелешка: Јупитер, Сатурн, Уран и Нептун се гасни џинови без цврста површина. Вредностите за „површинска гравитација“ погоре ја претставуваат гравитацијата на врвовите на облаците, дефинирана на 1 бари атмосферски притисок. Не можете да застанете на овие планети.
Формула: Тежина на друга планета
Конверзијата е јасна:
Weight_planet = Weight_Earth × (g_planet / g_Earth)
Или еквивалентно, директно користејќи го гравитациониот однос:
Weight_planet (kg) = Mass (kg) × g_planet_ratio
Работен пример — 70 кг лице на Марс:
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
Работен пример — 85 кг лице на Нептун:
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 на скокање на секоја планета
Колку високо можете да скокнете зависи обратно од гравитацијата на површината. Ако можете да скокнете 0,5 метри (околу 20 инчи) на Земјата, истиот мускулен напор ве носи до:
Jump height on planet = Jump height on Earth × (g_Earth / g_planet)
Споредба на висината на скокот (основна линија: скок од 0,5 метри на Земјата):
| 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 Месечината, вертикален скок од 0,5 метри на Земјата се преведува на скок од 3 метри. Астронаутите на Аполо го документираа ова искуство - и покрај тоа што носеа гломазни вселенски костуми што додаваа 80+ кг маса, тие лесно можеа да скокнат 1-2 метри од површината на Месечината и да им требаат неколку секунди за да слетаат. Трчањето во вселенски костим стана ограничувачко искуство со бавно движење.
Зошто би бил скршен на Јупитер
Површинската гравитација на Јупитер од 2,53 g звучи дека може да се преживее - на крајот на краиштата, спортистите рутински доживуваат 2-3 g за време на интензивна активност. Но, неколку сложени фактори го прават Јупитер смртоносно непријателски:
Нема цврста површина. Јупитер е гасен џин. Спуштајќи се во неговата атмосфера, притисокот се зголемува експоненцијално. На длабочините до кои може да дојде сонда, притисоците достигнуваат милиони атмосфери. Секоја физичка структура би била смачкана пред да стигне до која било површина.
Атмосферски притисок што го уништува. Атмосферата на Јупитер на ниво на врвот на облакот веќе има притисок од 1 бар - сличен на нивото на морето на Земјата. Само 100 km подлабоко, притисокот достигнува 1.000 бари. Материјали доволно силни за да преживеат такви притисоци не постојат во инженерските структури.
Ефектот од 2,53 g врз човечкото тело. Постојаната изложеност на 2,5 g предизвикува кардиоваскуларни оптоварувања бидејќи срцето мора да работи многу понапорно за да пумпа крв нагоре кон мозокот. Продолжените периоди на 2 g+ доведуваат до ортостатска хипотензија, кардиоваскуларно проширување и евентуално срцева слабост. Дури и да се контролираат сите други фактори, одржливите 2,53 g се некомпатибилни со долгорочното живеење на луѓето.
Зрачење. Магнетното поле на Јупитер ги заробува појасите на интензивно зрачење многу поенергични од Ван Аленовите појаси на Земјата. Човек во околината на радијација на Јупитер би добил смртоносна доза за неколку часа.
Месечината и Марс: идни човечки живеалишта
Месечината и Марс се единствените тела во нашиот Сончев систем каде блиската човечка колонизација е научно веродостојна. И двете имаат далеку помала гравитација од Земјата, што создава значителни физиолошки предизвици:
Атрофија на мускулите: На Месечината (0,166 g) и на Марс (0,38 g), мускулниот напор потребен за нормално движење е значително намален. Без контрамерки, мускулите и коските слабеат поради намаленото носење. Астронаутите на ISS кои поминуваат 6 месеци на 0 g губат 1-2% од густината на коските месечно без интензивни режими на вежбање.
Губење на коскената густина: Коските што носат тежина (рбетот, колковите, бедрената коска) реагираат на гравитациското оптоварување со одржување на густината. Со 0,38 g, стимулот е намален, но сè уште присутен - Марс се очекува да биде подобар за здравјето на коските од микрогравитацијата, но полош од Земјата. Проценките сугерираат дека губењето на коскената гравитација на Марс може да бара дополнителни вежби со можеби 60% од интензитетот потребен на ISS.
Развојни ефекти: Ефектите на делумната гравитација врз феталниот и детскиот развој се целосно непознати. Студи��те на животни во микрогравитацијата покажуваат развојни абнормалности, но не постојат долгорочни студии за делумна гравитација. Околината од 0,38 g на Марс може или не може да поддржува нормален човечки развој - ова претставува една од најкритичните непознати за која било колонија со повеќе генерации.
Течноста се менува: Човечкиот кардиоваскуларен систем ги прераспределува течностите под гравитација. Во средини со ниска гравитација, течностите се префрлаат кон горниот дел од телото и главата, предизвикувајќи отекување на лицето, назална конгестија, промени во видот (поради зголемен интракранијален притисок) и промени во функцијата на бубрезите. Овие ефекти се опширно документирани на ISS и би биле присутни, но помалку сериозни на нивоата на гравитација на Марс.
Контрастот помеѓу 0,38 g на Марс и 1,0 g на Земјата значи дека луѓето кои поминуваат години или децении на Марс може да станат физиолошки прилагодени на гравитацијата на Марс и да ја најдат гравитацијата на Земјата - нивниот дом на предците - физички неподнослива при враќањето.