Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Warto przeczytać

Wiesz, że wartość siły grawitacji działającej na ciało znajdujące się w pobliżu powierzchni Ziemi wyraża się wzorem:

Fg=mg

gdzie m - masa ciała, g = 9,81 m/sIndeks górny 2 - przyspieszenie ziemskie. Znasz też prawo powszechnego ciążenia, zgodnie z którym wartość siły grawitacji działającej na ciało o masie m znajdujące się na powierzchni planety o masie M i promieniu R wyraża się wzorem:

Fg=GMmR2

Porównując te zależności

mg=GMmR2

otrzymujemy zależność na przyspieszenie ziemskie:

g=GMR2

gdzie G - stała grawitacji, M - masa Ziemi, a R - jej promień. Możesz sprawdzić, że po wstawieniu odpowiednich wartości otrzymasz znaną wartość przyspieszenia ziemskiego - około 9,81 m/sIndeks górny 2. Z takim przyspieszeniem spada swobodnie skoczek spadochronowy w początkowej fazie skoku (Rys. 1.).

Rr3BGtt6qzNu7
Rys. 1. Skoczek spadochronowy w początkowej fazie skoku.
Źródło: dostępny w internecie: https://www.stockvault.net/photo/205959/professional-skydivers [dostęp 18.04.2022], domena publiczna.

Podobnie przyspieszenie, z jakim spada ciało w pobliżu powierzchni dowolnej planety, można też wyznaczyć korzystając ze wzoru:

a=GMR2

gdzie:

aprzyspieszenie grawitacyjneprzyspieszenie grawitacyjneprzyspieszenie grawitacyjne [m/sIndeks górny 2],

G – uniwersalna stała grawitacyjna [6,6710-11m3kgs2],

M – masa planety [kg],

R – odległość ciała od środka planety będąca de facto promieniem tej planety [m].

Podstawiając promień i masę planety do powyższego wzoru możemy obliczyć, z jakim przyspieszeniem spadałoby upuszczone swobodnie przy powierzchni planety ciało.

Planeta

masa [× 10Indeks górny 23 kg]

promień [km]

Merkury

3,3

2 439

Wenus

48,7

6 052

Ziemia

59,7

6 371

Mars

6,4

3 390

Jowisz

18 981,9

69 911

Saturn

5 685,2

58 232

Uran

868,4

25 900

Neptun

1 024,4

24 750

Tab. 1. Zestawienie mas i promieni planet Układu Słonecznego

Zacznijmy od obliczenia i analizy wartości przyspieszeń grawitacyjnychprzyspieszenie grawitacyjneprzyspieszeń grawitacyjnych na powierzchni czterech najbliższych Słońcu planet, tak zwanych planet skalistych (Rys. 2.).

R1PuHAnNE8bsq
Rys. 2. Wygląd z zachowaną skalą rozmiarów planet skalistych Układu Słonecznego. Od lewej: Merkury, Wenus, Ziemia, Mars.
Źródło: dostępny w internecie: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Terrestrial_planet_size_comparisons.jpg [dostęp 18.04.2022], domena publiczna.

Po wstawieniu danych z Tabeli. 1. otrzymujemy następujące wartości przyspieszenia grawitacyjnego na powierzchni tych planet:

  • Merkury:

ag=6,6710-11m3kgs23,31023kg(2439103m)23,7ms2
  • Wenus:

ag=6,6710-11m3kgs248,71023kg(6052103m)28,9ms2
  • Ziemia:

ag=6,6710-11m3kgs259,71023kg(6371103m)29,8ms2
  • Mars:

ag=6,6710-11m3kgs26,41023kg(390103m)23,7ms2

Zauważmy, że przybliżone wartości przyspieszeń grawitacyjnych na powierzchni Merkurego i Marsa są sobie równe i około dwa razy mniejsze od przyspieszenia ziemskiego. Z kolei przyspieszenie grawitacyjne na powierzchni Wenus jest tylko o 0,9 m/sIndeks górny 2 mniejsze od ziemskiego.

A jak to wygląda dla planet olbrzymów (Rys. 3.)?

Rpwtcj8DLJv81
Rys. 3. Cztery gazowe olbrzymy Układu Słonecznego w jednakowej skali. Od lewej: Jowisz, Saturn, Uran, Neptun.
Źródło: dostępny w internecie: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gas_planet_size_comparisons.jpg?uselang=pl [dostęp 18.04.2022], domena publiczna.

Przyspieszenia grawitacyjne na powierzchni tych planet wynoszą:

  • Jowisz:

ag=6,6710-11m3kgs2189811023kg(69911103m)225,9ms2
  • Saturn:

ag=6,6710-11m3kgs25685,21023kg(58232103m)211,2ms2
  • Uran:

ag=6,6710-11m3kgs2868,41023kg(25900103m)28,6ms2
  • Neptun:

ag=6,6710-11m3kgs21024,41023kg(24750103m)211,2ms2

Zauważmy równe wartości przyspieszeń grawitacyjnych na powierzchni Saturna i Neptuna, które znacznie różnią się rozmiarami i budową wewnętrzną. (Patrz e‑materiał: „Co to są gazowe olbrzymy?”.) A wartość przyspieszenia grawitacyjnego na powierzchni Urana niewiele różni się od przyspieszenia ziemskiego i na powierzchni Wenus.

Warto wspomnieć, że w przypadku centralnej gwiazdy naszego układu, czyli Słońca oraz planet olbrzymów – czyli obiektów niemających stałej powierzchni, dywagacje na temat swobodnego spadania są czysto teoretyczne i nieprawdopodobne, mają jedynie charakter ćwiczeniowy. Dodatkowo, w zależności od tego, czy znajdujemy się na równiku, czy na innych szerokościach geograficznych danej planety, wartość przyspieszenia grawitacyjnego będzie ulegała zmianie.

Oczywiście, obliczenia przyspieszenia grawitacyjnego na powierzchni planet, możemy wykonać z użyciem kalkulatora, jednak byłaby to mozolna praca. Znacznie efektywniejszym rozwiązaniem będzie skorzystanie z arkusza kalkulacyjnego. Znając dane zaprezentowane w Tab. 1., należy wprowadzić do arkusza przedstawiony powyżej wzór. Możesz to wykonać samodzielnie i sprawdzić, czy wyniki obliczeń będą takie, jak obliczone powyżej.

Słowniczek

Przyspieszenie grawitacyjne
Przyspieszenie grawitacyjne

(ang.: gravitational acceleration) – wielkość wektorowa wyrażająca zmianę prędkości ciała w jednostce czasu, wynikająca z działania na ciało przyciągania grawitacyjnego.