|
määritelmä | liikkeet ja kiertoradat | luokittelu Mitä on gravitaatio? Painovoima, eli vetovoima tai gravitaatio, on kaikkialla maailmankaikkeudessa kappaleiden välillä vaikuttava voima. Painovoima vaikuttaa siten, että eri massaiset kappaleet vetävät puoleensa toisia kappaleita eri voimakkuuksilla. Esimerkiksi, kun käyt puntarissa, mittaat Maan vetovoiman määrää, joka vaikuttaa sinuun. Kuussa sensijaan painosi olisi paljon alhaisempi, sillä Kuu vetää kappaleita paljon heikommalla voimalla puoleensa. Miksi näin on? Ennenkuin perehdymme tarkemmin painovoiman saloihin, on syytä selvittää, mikä ero on termeillä massa ja paino. Kappaleen massa on sitä
suurempi, mitä suuremmasta määrästä
ainetta se koostuu. Samankokoisilla kappaleilla voi olla aivan erilainen massa ja vastaavasti erikokoisilla kappaleilla voi olla sama massa. Tällöin kappaleiden tiheydet ovat erilaiset (esimerkkeinä kivi ja puu). Kappaleen painoksi sanotaan puolestaan sitä voimaa, jolla jokin toinen kappale vetää sitä puoleensa. Massan ja painon välinen ero voidaan havainnollistaa seuraavasti: Kaksi ihmistä käy Maan pinnalla puntarissa ja toiselle vaaka näyttää 50 ja toiselle 100 kiloa. Täsmällisemmin sanottuna kevyemmän massa on 50 kg painavamman 100 kg. Jos heidät sitten lennätetään avaruuteen, niin siellä he voivat olla painottomia eli eivät paina mitään. Heidän massansa ovat kuitenkin edelleen samat kuin Maan pinnalla.
Yleinen painovoimalaki kuuluu seuraavasti: "Kaksi kappaletta vetää toisiaan puoleen voimalla, joka on suoraan verrannollinen niiden massojen tuloon ja kääntäen verrannollinen niiden etäisyyden neliöön." Kaikki kappaleet maailmankaikkeudessa vetävät siis toisiaan puoleensa, ja vetovoiman voimakkuus määräytyy kunkin kappaleen massan ja tarkasteltavien kappaleiden välimatkan perusteella. Massan, etäisyyden ja painon välinen suhde voidaan havainnollistaa esimerkein: Suurimassainen kappale, esim. maapallo, vetää sen pinnalla olevia kappaleita puoleensa voimakkuudella, joka riippuu pinnalla olevan kappaleen massasta. Niinpä ihmisen paino riippuu täysin hänen omasta massasta. Kun menet puntariin, vaaka näyttää tiettyä lukua. Jos massasi kaksinkertaistuu, maan vetovoima vetää sinua puoleensa kaksinkertaisella voimalla, joten painosi tuplaantuu. Jos taas Maan vetovoima kaksinkertaistuisi, olisi vetovoima samalla tavalla kaksin verroin suurempi. Mutta mitä tapahtuu, kun kappaleiden välinen etäisyys muuttuu? Kappaleiden välinen etäisyys mitataan kappaleen keskipisteestä. Mitä kauemmaksi kappaleet loittonevat toisistaan, sitä heikompi on niiden välillä vaikuttava vetovoima. Itseasiassa etäisyyden kaksinkertaistuessa painovoima putoaa yhteen neljäsosaan; sanotaan, että painovoima on kääntäen verrannollinen etäisyyden neliöön. Niinpä, jos avaruusraketti lähetetään avaruuteen, jossain vaiheessa on saavutettu sellainen etäisyys, että maapallon painovoimalla eli gravitaatiolla ei ole enää vaikutusta, ja alus sekä kaikki sen sisällä olevat esineet muuttuvat painottomiksi. Se voidaan esittää kaavalla seuraavasti:
Paljon lähempänä, Maata kiertävällä radalla oleva avaruusalus ja sen sisältö ovat painottomassa tilassa, koska aluksen nopeus valitaan siten, että siihen vaikuttava maapallon painovoima on yhtäsuuri kuin sen kiertoliikkeestä aiheutuva keskihakuvoima. Kaavan avulla se voidaan esittää seuraavasti:
Tällöin kappaleisiin vaikuttava kokonaisvoima F+f=0,
joten kappaleet tuntevat painottomuuden. Kappaleiden massoihinhan
se ei vaikuta millään tavalla. Painovoiman merkitys Ensimmäisenä painovoimalain julkaisi Sir Isaac Newton, 1600-luvun lopulla. Sittemmin myös Albert Einstein on teoretisoinut painovoimakäsitystä suhteellisuusteorioissaan. Kaikkialla maailmankaikkeudessa vaikuttava painovoima on maailmankaikkeutta koossapitävä voima: se pitää taivaankappaleet ja galaksit koossa, planeetat kiertämässä keskustähteään. Painovoima hallitsee myös koko maailmankaikkeuden kehitystä.
|
