 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
| Przegląd prasy | Dla nauczycieli | Dla młodzieży | Przyroda | Video-fizyka | Fizyka współczesna | Projekt FCHGo | Innowacyjna fizyka | Projekt E4 |
<<< Poprzednia część artykułu <<< 4a. Drobne, resztkowe siły, działające na ciała w różnych miejscach wewnątrz sondy kosmicznej, pozwalają więc mierzyć różnice w przyspieszeniu ziemskim (lewa strona równania 1) w trakcie lotu ponad Ziemią. W dotychczasowych rozważaniach zakładaliśmy, że Ziemia jest kulą – wówczas przyspieszenie ziemskie ponad jej powierzchnią wyraża się wzorem (1). Ale Ziemia nie jest kulą, ani nie jest zbudowana z jednorodnej materii. Innymi słowy, mierząc niewielkie siły działające na testowe masy umieszczone w statku kosmicznym można mierzyć rozkład masy Ziemi a szczególnie rozkład masy (czyli jej gęstość) nad obszarami, gdzie przelatuje akurat stacja. 4b. W ten sposób, Europejska Agencja Kosmiczna [10] w latach 2009-2011 dokonała precyzyjnych (z dokładnością do 1-2 cm) pomiarów powierzchni ekwipotencjalnej pola grawitacyjnego, innymi słowy – określiła kształt „geoidy, zob. [11]. Trzy pary mas, umieszczone w trzech prostopadłych kierunkach, odległe od siebie o 0,5 metra wewnątrz satelity latającego na dość niskiej orbicie (255 km) pozwoliły na pomiar lokalnego przyspieszenia grawitacyjnego z dokładnością do 10-5 m/s2. Stąd wiemy, że w rejonie Himalajów, zbudowanych z lekkich wapieni, powierzchnia geoidy jest pod powierzchnią elipsoidy ziemskiej, a w rejonie Islandii (i Indonezji), gdzie wypływają ciężkie skały magmowe, geoida „wybrzusza się” nad elipsoidę, zob. [12].
Rys. 7. Satelita GOCE zmierzył rozkład masy Ziemi (innymi słowy – kształt geoidy) poprzez pomiary siły grawitacji. a) W statku kosmicznym dookoła Ziemi jabłko nie spada, ale resztkowe różnice sił grawitacji dają się zmierzyć. Statek GOCE, z napędem jonowym, latał na dość niskiej (250 km) orbicie, stąd jego aerodynamiczny kształt. W kolejnych tego typu misjach dokładność pomiaru geoidy znacznie się poprawiła. b) GOCE monitorował siły działające na trzy pary mas w trzech kierunkach; były one odległe o 0,5 m; dokładność pomiaru wyniosła 10-7g. Źródło: ESA–AOES Medialab [10] 5. Zawdzięczamy geniuszowi Galileusza (i Einsteina) odkrycie, że g dla stacji i dla kosmonauty jest takie samo. Jeden pokazał to przez „doświadczenie myślowe” spadania kamieni (zob. nr poprzedni „FwSz”) a drugi przez rozważania o geometrii czasoprzestrzeni [czyli cechy „przypadłości obiektywnej”, jak by to powiedział Immanuel Kant], wspólnej dla wszystkich obiektów w tej czasoprzestrzeni.
Rys. 8. Czy można rozróżnić dwa, różne stany „nieważkości”: stan spoczynku (lub lotu ze stałą prędkością) przy braku pola grawitacyjnego od swobodnego spadku windy w polu grawitacyjnym? Tak! W stanie spoczynku dwie kule zachowują swoje położenie; w spadku swobodnym w radialnie skierowanym polu grawitacyjnym (np. nad Ziemią) dwie kule zbliżają się do siebie. Opis sytuacji odbywa się poprzez tensor krzywizny czasoprzestrzeni. 6. Ostatnia uwaga - o trajektoriach: statek okrążający Ziemię porusza się po elipsie; statek spadający na nią (zaniedbując obecność powietrza) – również, zob. rys. 2. W rzucie poziomym kamienia mówimy o trajektorii parabolicznej? Tak! ale pole grawitacyjne przybliżamy za pomocą pola jednorodnego, skierowanego pionowo. W polu centralnym obowiązują prawa Keplera. A że pole grawitacyjne kuli, na zewnątrz, można zastąpić polem punktowym, pokazał Newton. Zajęło mu to sporo czasu, bo wynik wcale nie jest prosty (wymagał wynalezienia rachunku całkowego). PS. I jeszcze raz żartobliwie, na tapczanie pośladki cisną na tapicerkę, wątroba na nerki i tak dalej. Siły się równoważą, ale o nieważkości tylko marzę.
Literatura (dostęp 08.04.2016) [1] W. Reńda, Nieważkość a siła bezwładności, Fizyka w Szkole, 2/2016, str. 29
|
|||
