Γιατί η Ελεύθερη Πτώση σας Κάνει Αβαρές, Ακόμη και Παρουσία της Βαρύτητας;
Στην ελεύθερη πτώση, είναι η απουσία επιφάνειας που σας κάνει να γίνετε αβαρείς.
Σε ένα από τα πιο γνωστά πειράματα σκέψης του Αϊνστάιν, αυτό που θεωρούσε ως την «πιο χαρούμενη σκέψη του», απεικόνισε έναν άνδρα να πέφτει σε ένα ασανσέρ ελεύθερης πτώσης. Ο άτυχος άνδρας, κατάλαβε, αν το ασανσέρ έπεφτε ασταμάτητα και δεν συναντούσε την επιφάνεια, θα επέπλεε, οπότε θα ένιωθε χωρίς βάρος.
Οι συνέπειες της σκέψης του, που μπορεί να φαίνονται άσχετες αυτή τη στιγμή, έφεραν επανάσταση στην κατανόησή μας για το σύμπαν. Ωστόσο, ένα υπονοούμενο, στο οποίο θα ήθελα να αναφερθώ, ήταν η δυνατότητα εκπλήρωσης μιας από τις βαθύτερες επιθυμίες της ανθρωπότητας:το ταξίδι στο χρόνο.
Το ερώτημα είναι, γιατί πρέπει να αισθάνεται κανείς χωρίς βάρος ενώ πέφτει σε έναν ανελκυστήρα χωρίς καλώδιο, σαν να επιπλέει στο διάστημα, όταν δεν έχει ξεφύγει από την έλξη της βαρύτητας της Γης; Εάν ο αναγνώστης βρίσκει αυτό το έκπληξη, είναι πιθανό να είναι έτσι γιατί μπορεί να πιστεύει ότι η βαρύτητα είναι η δύναμη που μας εμποτίζει με βάρος . Αυτή είναι μια τεράστια –αλλά κοινή– παρανόηση.
Η διαφορά μεταξύ μάζας και βάρους
Φυσικά, η βαρύτητα δεν σβήνει όταν πηδάς από ένα παράθυρο. Αν δεν ήταν η βαρύτητα, δεν θα επιταχύνατε. Στην πραγματικότητα, σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο της κίνησης του Νεύτωνα, η επιτάχυνση είναι αδύνατο να επιτευχθεί χωρίς να εμπλέκεται δύναμη:όταν πηδάς από ένα παράθυρο (το οποίο, να σου υπενθυμίσω, δεν συνιστάται), δεν πέφτεις με σταθερή ταχύτητα , αλλά αντίθετα επιταχύνετε, δηλαδή πέφτετε πιο γρήγορα κάθε δευτερόλεπτο. Η βαρύτητα είναι η δύναμη που ευθύνεται για αυτήν την επιτάχυνση. Υποδηλώνουμε την επιτάχυνση που προκαλεί η βαρύτητα της Γης με «g» και η τιμή της είναι 9,8 m/s².
Όπως εξηγήθηκε σε προηγούμενο άρθρο:
«Μάζα " ορίζεται ως η ποσότητα ύλης που περιέχει ένα αντικείμενο, ενώ το "βάρος του αντικειμένου ” αντιπροσωπεύει τη δύναμη που ασκεί σε ένα άλλο αντικείμενο καθαρά υπό την επίδραση της βαρύτητας. Το μέγεθος της μάζας δεν επηρεάζεται από τις δυνάμεις της βαρύτητας. Το βάρος είναι η ενσάρκωση αυτής της ίδιας της δύναμης.
Η βαρύτητα, ενώ ταλαντεύεται και σαρώνει μάζες , δεν δημιουργεί βάρος. Μια άλλη δύναμη — ίση και αντίθετη στην κατεύθυνση — κάνει.
Σύμφωνα με τον τρίτο νόμο της κίνησης του Νεύτωνα, κάθε δράση έχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση. Το βάρος ενός αντικειμένου είναι στην πραγματικότητα η ίση και αντίθετη δύναμη, η κανονική δύναμη, την οποία ασκεί η Γη σε αυτό , ως αντίδραση στη δύναμη που ασκεί το αντικείμενο στη Γη καθώς ακουμπά στην επιφάνειά της. Το βάρος είναι κυριολεκτικά το μέτρο του πόσο δυνατά η Γη έλκει το αντικείμενο επειδή και οι δύο δυνάμεις είναι ίσες σε μέγεθος. Επομένως, το βάρος, όπως και κάθε άλλη δύναμη, μετριέται σε Newton (N), την τυπική μονάδα δύναμης.
Η κανονική δύναμη, ή η δύναμη αντίδρασης, μπορεί να παραχθεί όταν υπάρχει κάτι πάνω στο οποίο μπορεί να στηριχτεί ένα αντικείμενο, κάτι που μπορεί να αντιδράσει. Αυτό θα περιλαμβάνει την επιφάνεια της Γης ή το πάτωμα ενός ανελκυστήρα. Στην ελεύθερη πτώση, είναι η απουσία επιφάνειας που σε κάνει να αβαρείς. Οι μηχανές ζύγισης είναι όργανα που μετρούν τη μάζα ενός αντικειμένου μετρώντας την ίση και αντίθετη δύναμη που μας ασκεί η Γη ως απόκριση στη δύναμη που ασκούμε σε αυτήν καθώς στεκόμαστε στην επιφάνειά της. Το όργανο είναι βαθμονομημένο για να προσδιορίζει τη μάζα ενός αντικειμένου «διαιρώντας τη μετρούμενη δύναμη με g ή 9,8». Αν πηδούσατε από το παράθυρό σας με μια ζυγαριά συνδεδεμένη στα πόδια σας, η βελόνα του μηχανήματος θα παρέμενε ανενόχλητη καθ' όλη τη διάρκεια της πτώσης επειδή πέφτετε και οι δύο με τον ίδιο ρυθμό —όπως εσείς και ο μη συρόμενος ανυψωτήρας— που εμποδίζει τη δημιουργία η κανονική δύναμη.
Η βελόνα είναι αδιατάρακτη στην πρώτη και στην τρίτη εικόνα:η ελεύθερη πτώση στη Γη σας κάνει να αισθάνεστε τόσο αβαρείς όσο αισθάνεστε στο διάστημα.
Τέλος, ενώ η βαρύτητα επηρεάζει τη μάζα - κάτι που είναι εκτυφλωτικά προφανές καθώς εσείς, ένα κομμάτι μάζας, πέφτετε ή μάλλον, καθώς έλκεστε προς ένα αστρονομικά μεγαλύτερο κομμάτι μάζας, τη Γη - δεν αλλάζει το μέγεθός της. Η μάζα σας είναι 60 κιλά στη Γη, στο φεγγάρι και σε κάθε γωνιά του Σύμπαντος. Αυτό συμβαίνει γιατί η μάζα είναι μια εγγενής ή καθαρά ιδιότητα της ύλης. Το μέγεθος του βάρους ενός αντικειμένου, από την άλλη πλευρά, ποικίλλει ανάλογα με το μέγεθος της βαρυτικής δύναμης με την οποία έλκεται. Ο εαυτός σας 60 κιλών, που ζυγίζει 882 Newton στη Γη, ζυγίζει μόνο 145,8 N στο φεγγάρι και περίπου 2205 N στον Δία.
Αυτό συμβαίνει επειδή το βάρος είναι απλώς το μέγεθος της βαρυτικής δύναμης με την οποία ένα σώμα έλκει ένα άλλο σώμα. Τώρα, επειδή η μάζα ενός σώματος είναι σταθερή, το βάρος του είναι αποκλειστικά συνάρτηση του ρυθμού με τον οποίο επιταχύνεται — της επιτάχυνσης λόγω της βαρύτητας. Εάν, όπως το φεγγάρι, το σώμα έχει μικρότερη μάζα από τη Γη, τότε η δύναμη και επομένως το βάρος που δημιουργείται θα ήταν επίσης μικρότερο σε μέγεθος από ό,τι στη Γη. Το αντίστροφο θα ίσχυε για ένα σώμα που έχει μεγαλύτερη μάζα από τη Γη, όπως ο Δίας. Η επιτάχυνση του φεγγαριού λόγω της βαρύτητας είναι το ένα έκτο, ενώ του Δία είναι υπερδιπλάσια από τη Γη, και επομένως, το ίδιο ισχύει και για τα βάρη που δημιουργούνται στις αντίστοιχες επιφάνειές τους. Υπό την προϋπόθεση, φυσικά, ότι θα σταθείτε σε αυτά.
