di Matt Williams , Universe Today
La gravità è una forza fondamentale piuttosto impressionante. Se non fosse per il comodo 1 g della Terra, che fa cadere gli oggetti verso la Terra ad una velocità di 9,8 m/s², galleggeremmo tutti nello spazio. E senza di essa, tutte noi specie terrestri avvizziremmo lentamente e moriremmo mentre i nostri muscoli degenerano, le nostre ossa diventano fragili e deboli, e i nostri organi cessano di funzionare correttamente.
Così si può dire senza esagerazioni che la gravità non è solo un fatto della vita qui sulla Terra, ma un prerequisito per essa. Tuttavia, dal momento che gli esseri umani sembrano intenzionati a scendere da questa roccia – sfuggendo ai “burberi legami della Terra”, per così dire – capire la gravità terrestre e ciò che serve per sfuggirle è necessario. Quanto è forte la gravità terrestre?
Definizione
Per farla breve, la gravità è un fenomeno naturale in cui tutte le cose che possiedono una massa sono portate le une verso le altre, cioè asteroidi, pianeti, stelle, galassie, superammassi, ecc. Più massa ha un oggetto, più gravità eserciterà sugli oggetti che lo circondano. La forza gravitazionale di un oggetto dipende anche dalla distanza – cioè la quantità che esercita su un oggetto diminuisce con l’aumentare della distanza.
La gravità è anche una delle quattro forze fondamentali che governano tutte le interazioni in natura (insieme alla forza nucleare debole, alla forza nucleare forte e all’elettromagnetismo). Di queste forze, la gravità è la più debole, essendo circa 1038 volte più debole della forza nucleare forte, 1036 volte più debole della forza elettromagnetica e 1029 volte più debole della forza nucleare debole. Tuttavia, a livello macroscopico – quello dei pianeti, delle stelle, delle galassie, ecc. – la gravità è la forza dominante che influenza le interazioni della materia. Essa causa la formazione, la forma e la traiettoria dei corpi astronomici, e governa il comportamento astronomico. Ha anche giocato un ruolo importante nell’evoluzione dell’universo primordiale.
È stata responsabile del raggruppamento della materia per formare nuvole di gas che hanno subito il collasso gravitazionale, formando le prime stelle – che sono state poi attirate insieme per formare le prime galassie. E all’interno dei singoli sistemi stellari, ha fatto sì che polvere e gas si coalizzassero per formare i pianeti. Governa anche le orbite dei pianeti intorno alle stelle, delle lune intorno ai pianeti, la rotazione delle stelle intorno al centro della loro galassia e la fusione delle galassie.
Gravitazione universale e Relatività
Siccome l’energia e la massa sono equivalenti, tutte le forme di energia, compresa la luce, causano anche la gravitazione e sono sotto la sua influenza. Questo è coerente con la Teoria della Relatività Generale di Einstein, che rimane il miglior mezzo per descrivere il comportamento della gravità. Secondo questa teoria, la gravità non è una forza, ma una conseguenza della curvatura dello spazio-tempo causata dalla distribuzione non uniforme di massa/energia.
L’esempio più estremo di questa curvatura dello spazio-tempo è un buco nero, dal quale nulla può sfuggire. I buchi neri sono di solito il prodotto di una stella supermassiccia che è andata in supernova, lasciando dietro di sé un residuo di nana bianca che ha così tanta massa che la sua velocità di fuga è maggiore della velocità della luce. Un aumento della gravità si traduce anche in una dilatazione del tempo gravitazionale, dove il passaggio del tempo avviene più lentamente.
Per la maggior parte delle applicazioni, però, la gravità è meglio spiegata dalla legge di gravitazione universale di Newton, che afferma che la gravità esiste come attrazione tra due corpi. La forza di questa attrazione può essere calcolata matematicamente, dove la forza attrattiva è direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro.
La gravità terrestre
Sulla Terra, la gravità dà peso agli oggetti fisici e causa le maree oceaniche. La forza di gravità della Terra è il risultato della massa e della densità del pianeta – 5,97237 × 1024 kg (1,31668×1025 lbs) e 5,514 g/cm3, rispettivamente. Questo fa sì che la Terra abbia una forza gravitazionale di 9,8 m/s² vicino alla superficie (nota anche come 1 g), che naturalmente diminuisce più ci si allontana dalla superficie.
Inoltre, la forza di gravità sulla Terra cambia effettivamente a seconda di dove ci si trova. Il primo motivo è che la Terra sta ruotando. Questo significa che la gravità della Terra all’equatore è 9,789 m/s2, mentre la forza di gravità ai poli è 9,832 m/s2. In altre parole, si pesa di più ai poli che all’equatore a causa di questa forza centripeta, ma solo leggermente di più.
Infine, la forza di gravità può cambiare a seconda di cosa c’è sotto la Terra sotto di noi. Concentrazioni più alte di massa, come rocce o minerali ad alta densità, possono cambiare la forza di gravità che si sente. Ma naturalmente, questa quantità è troppo piccola per essere percepita. Le missioni della NASA hanno mappato il campo gravitazionale della Terra con incredibile precisione, mostrando variazioni nella sua forza, a seconda della posizione.
La gravità diminuisce anche con l’altitudine, poiché si è più lontani dal centro della Terra. La diminuzione di forza che si ha salendo in cima a una montagna è piuttosto minima (0,28% di gravità in meno in cima all’Everest), ma se si è abbastanza in alto da raggiungere la Stazione Spaziale Internazionale (ISS), si sperimenterebbe il 90% della forza di gravità che si sentirebbe sulla superficie.
Tuttavia, poiché la stazione è in uno stato di caduta libera (e anche nel vuoto dello spazio) gli oggetti e gli astronauti a bordo dell’ISS sono in grado di galleggiare. In pratica, poiché tutto a bordo della stazione sta cadendo alla stessa velocità verso la Terra, coloro che sono a bordo della ISS hanno la sensazione di essere senza peso – anche se pesano ancora circa il 90% di quello che avrebbero sulla superficie terrestre.
La gravità della Terra è anche responsabile del fatto che il nostro pianeta ha una “velocità di fuga” di 11,186 km/s (o 6,951 mi/s). Essenzialmente, questo significa che un razzo deve raggiungere questa velocità prima di poter sperare di liberarsi dalla gravità terrestre e raggiungere lo spazio. E nella maggior parte dei lanci di razzi, la maggior parte della loro spinta è dedicata solo a questo compito.
A causa della differenza tra la gravità terrestre e la forza gravitazionale su altri corpi – come la luna (1,62 m/s²; 0,1654 g) e Marte (3,711 m/s²; 0,376 g) – gli scienziati sono incerti su quali sarebbero gli effetti per gli astronauti che andassero in missioni a lungo termine su questi corpi.
Mentre gli studi hanno dimostrato che le missioni di lunga durata in microgravità (cioè sulla ISS) hanno un effetto dannoso sulla salute degli astronauti (compresa la perdita di densità ossea, la degenerazione muscolare, i danni agli organi e alla vista) non sono stati condotti studi sugli effetti degli ambienti a bassa gravità. Ma date le molteplici proposte fatte per tornare sulla luna, e il “Viaggio su Marte” proposto dalla NASA, queste informazioni dovrebbero essere imminenti!
Come esseri terrestri, noi umani siamo sia benedetti che maledetti dalla forza di gravità della Terra. Da un lato, rende il viaggio nello spazio piuttosto difficile e costoso. Dall’altro, garantisce la nostra salute, dal momento che la nostra specie è il prodotto di miliardi di anni di evoluzione della specie che ha avuto luogo in un ambiente di 1 g.
Se mai speriamo di diventare una specie veramente spaziale e interplanetaria, è meglio capire come affrontare la microgravità e la bassa gravità. Altrimenti, è probabile che nessuno di noi vada fuori dal mondo per molto tempo!
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