Dağda ayakta durmak dağın kütlesine sahip ve deniz tabanında yeryüzünün merkezine yakın. Hangisi daha çekici?
Ağacın büyük kökleri ve dağın derin kökleri vardır! Büyük ağaçlar rüzgarı çeker ve Shanda da "rüzgarı" çeker!
Dünya yüzeyinde yerçekiminin neden olduğu ivmeyi ölçmek istiyorsak, bunu yapmanın birçok uygulanabilir yolu vardır:
Serbest düşüşte bir nesnenin hızını ölçmenin, sabit uzunlukta bir sarkacın periyodunu ölçmenin veya basitçe bir nesnenin belirli bir mesafeye düşmesinin ne kadar sürdüğünü hesaplamanın başka birçok yöntemi vardır. Ancak modern teknoloji o kadar gelişmiştir ki, ivmeyi ölçmek için yanımızda bir ivme ölçer de taşıyabiliriz. Önceki fizik derslerinde, dünya yüzeyindeki tüm nesnelerin 9.81 m / s ^ 2 değerinde aşağı doğru bir ivme yaşayacağını öğrendik. Ancak bunun dünya yüzeyindeki tüm noktaların ortalama ivmesi olduğu ortaya çıktı. Gerçek hayatta ivmenin değerinde dört nedenden dolayı bazı önemli değişiklikler vardır:
Dünya dönüyor
Bu en basit nedendir. Dünya hareketsizse ve hiç dönmüyorsa, dünyamız mükemmel bir küre olacaktır. Ancak dünya ne kadar hızlı dönerse, ekvatorda o kadar yükselecek ve kutupların yakınında sıkışacaktır. Bu nedenle, dünyamız, kutup yarıçapından 31 kilometre daha büyük bir ekvator yarıçapı ile düz bir çemberden veya mükemmel bir küresel nesneden çok bir elipsoide benziyor.
Güneş sistemindeki dünya söz konusu olduğunda, dünyanın dönüş hızı çok hızlı değildir.
Örneğin, cüce gezegen Haumea'nın ekvator yarıçapının, inanılmaz derecede hızlı dönüşü nedeniyle kutup yarıçapının iki katı olduğu tahmin edilmektedir. Kutuplar gök cisimlerinin merkezine daha yakın olduğundan (gezegenin yoğun kütlesinin merkezine daha yakın), kutupların yerçekimi kuvveti de daha güçlü olurken, ekvatorun yerçekimi daha zayıftır. Bu fenomen yeryüzünde o kadar açık olmasa da, gerçek aynıdır.
Yeryüzünde, Kuzey Kutbu'nun yerçekimi ivmesi 9.83 m / s ^ 2'deki ortalama seviyeden biraz daha yüksekken, ekvatorda "sadece" 9.79 m / s ^ 2'dir. Görünüşe göre fark büyük değil ama ölçülebilir Aynı sarkaçlı saati aşırı alçak ve ekvatora koyarsak, ekvatorda sarkaç saatini bir saatten fazla yavaşlatmak için bir ay yeterlidir!
Dünya, diğer gök cisimlerinin yerçekiminden etkilenir
Gelgit kuvvetleri sadece okyanus için geçerli değildir. Tabii ki, sıvı okyanusumuz (belirsiz bir şekle sahip ancak sabit bir hacme sahip) yeryüzündeki katı kayalara göre gelgit kuvvetleri tarafından itilmeye, çekilmeye ve deforme olmaya daha eğilimlidir, ancak gelgit kuvvetleri aynı zamanda yer kabuğunun şeklini de etkiler. Fark önemli olmasa da, bu kuvvetler mevcuttur. Io (Jüpiter'e en yakın büyük ay) gibi gezegenler, Jüpiter'in güçlü gelgit kuvveti nedeniyle kabukları sık sık parçalanır ve büyük miktarda lav, yüzeye taşmak için patlar ve sonra tekrar soğur. Sadece bir uydu olmasına rağmen jeolojik olarak herhangi bir gezegenden daha aktiftir.
Bu nedenle, güneş sistemindeki tüm uydular arasında yüzeyde krater olmayan tek Io'dur. Yeryüzünde sadece ay ve güneş, dünyanın şeklini gerçekten etkiler. Bu etkiler küçük olsa da, dünyanın dönüşüyle aynı şekilde ölçülebilirler: bizi dünyanın merkezine yaklaştırıp uzaklaştırarak, dünyanın yerçekimi ivmesini değiştirir.
Dünyanın jeolojik özellikleri
Büyük dağlar ve kanyonlar gibi, dünyanın merkezinden uzaklığımızı değiştirirler. Newton'un evrensel çekim yasası bize herhangi iki nesne arasındaki kuvvetin (yani hızlanma, çünkü F = ma) aralarındaki mesafenin karesiyle zayıfladığını söyler. Mesafe yaklaşık% 1 arttığında, bu nesneler arasındaki kuvvet yaklaşık% 2 azalır. (Bu, formüle bakarak hesaplanabilir.)
Bu nedenle, büyük bir dağın tepesinde durduğumuzda, dünyanın merkezinden uzaklık, deniz seviyesindekinden daha uzaktır. Deniz tabanında olduğumuzda, yeryüzünün merkezine deniz seviyesinden daha yakınız.
Ancak dağın tepesinde durursak, tüm dağın kütlesi ayaktadır, bu da yer çekiminin hızlanmasına kesinlikle bir miktar katkıda bulunacaktır.Deniz üzerinde durmak, ayak altında tüm okyanus, havada uçsa bile, aşağıdaki hava kalitesi bizi çekecektir. Dünyanın merkezine. Mesafe artmış olsa da kalite de artmıştır. Buna göre dağın tepesindeki yerçekimi beklenenden daha büyük olmalıdır.
Öyleyse yapmamız gereken, uydunun dünyanın üzerinde uçmasına izin vermek ve dünya yüzeyinin bir yerçekimi haritasını çizmek ve dünyanın yörüngesinde dönen her noktanın yerçekimini ölçmek.
Ölçümün sonucu şaşırtıcı görünmüyor: Yerçekiminin ivmesi dünyanın en düşük yüksekliğinde (dünyanın merkezine en yakın yer) en büyüktür ve yerçekiminin ivmesi, dünyanın en yüksek yüksekliğinde (dünyanın merkezinden en uzak yer) en azdır. Bu beklenen bir durumdur, çünkü merkeze doğru hareket ettikçe dünyanın yoğunluğu keskin bir şekilde artar.
Ancak dağları oluşturan kayaların yoğunluğu (yer kabuğunun kayaları) yaklaşık 2,7 g / cm ^ 3 veya suyun yoğunluğunun üç katından biraz daha azdır ve dünyanın toplam yoğunluğu, suyun yoğunluğunun iki katıdır. İç çekirdeğe kadar tüm yol boyunca, yoğunluğun yüzey yoğunluğunun beş katı olması beklenir.
Öyleyse tüm bunları dikkate alırsak: dünyanın iç yapısı, dağlar, okyanuslar, atmosfer vb. Bazı şeyler gerçeklerle biraz tutarsızdır. Dağın tepesindeki ve denizin dibindeki yerçekimini doğru bir şekilde ölçersek, garip bir şey bulacağız: Dağın tepesindeki yerçekimi bizim beklenen değerimizden çok daha düşük! Bu, son ve en beklenmedik soruya götürür.
Kabuk mantonun üzerinde "yüzer" ve dağlar yüzen buzdağları gibidir
Dağların altındaki kabuğun okyanusun altındaki kabuktan çok daha kalın olduğunu gördük! Okyanus veya dağların yerini atmosfer ne olursa olsun, bu serbest hava düzeltmesidir. Deniz seviyesinin üzerindeki "ekstra dağlar" (veya herhangi bir kara) ne olursa olsun, bu Bouguer düzeltmesidir.
Peki düşük yerçekimi ile beklenen değer arasındaki sorun nedir? Deniz seviyesinin üzerinde bir dağ elde etmek istiyorsanız, kabuğun mantonun üzerinde yüzdüğünü hatırlamalısınız, bu da yeryüzündeki en kalın kabuğun en yüksek dağ silsilesinde göründüğü ve en ince kabuğun en derin siperde göründüğü anlamına gelir!
Mantoya ulaşmak istiyorsak, en iyi yol okyanus tabanına dalmak ve orada kazı yapmaktır. "Kabuğun yaklaşık 3 kilometre içinden geçtiğimiz sürece, Himalayalar'a tırmanmak yerine mantoya ulaşabiliriz." Bu kavrama Kabuk Dengesi Telafisi denir ve aslında ünlü İngiliz gökbilimci George Airy tarafından keşfedilmiştir.
Yerkabuğunun her bloğunun statik olarak dengelenmiş olma eğiliminde olduğu, yani jeoidin altında belirli bir derinlikte her zaman eşit basınç olduğu ve dağların (veya okyanusun) jeoid üzerindeki fazla (veya yetersiz) kütlesinin neden olduğu ilkesini açıklığa kavuşturur. Seviyenin altındaki kalite, telafi etmek için yetersizdir (veya fazladır).
Başka bir deyişle, deniz seviyesinde fazla kütleli dağlar olmasına rağmen, dağların altında, yoğunluğu mantodan daha düşük olan devasa kökler vardır. Deniz tabanındaki okyanus yoğunluğu düşük ve kalitesi açıkça yetersiz olsa da, buradaki kabuk çok ince ve kütle telafisi olarak daha yoğun bir manto var. Genel olarak konuşursak, dağın kök derinliği temelde dağın yüksekliğinin 5,6 katıdır, bu aslında Arşimet'in prensibidir. Aşağıdaki resme bakın.
Yani sezginin aksine, ayaklarımızın altında en az kütleyi istiyorsak, en yüksek dağa tırmanmamız gerekir.
Görebildiğimiz en yüksek dağ silsilesi bile yeraltında büyük bir bölüme sahip ve hacminin büyük bir bölümünü mantodan alıyor. Bir dağın yüksekliğinin neden bir sınırı olduğunu bilmek istiyorsanız, bunun nedeni, mantoya nüfuz edebilen kabuğun genişlemeye başlamadan önce derinliğinin sınırlı olmasıdır. Başka bir deyişle, dağ ne kadar yüksekse, kök o kadar derindir.
Newton kütlesel çekiminin basit kavramını, dünyanın seviyesi gibi yeni bir duruma uyguladığımızda, bu bize bilimin hala mantık dışı sürprizlerle dolu olduğunu söylüyor.
