Grawitacja
Grawitacja jest jedną z podstawowych sił działających w naszym wszechświecie. Jest to siła, która przyciąga wszystkie obiekty ku sobie, a jej siła zależy od masy obiektów oraz odległości między nimi. W kontekście Ziemi, grawitacja jest siłą, która przyciąga nas do powierzchni planety.
Waga jest siłą, z jaką Ziemia przyciąga obiekt ku swojemu środkowi. Waga więc jest wynikiem działania grawitacji na masę obiektu. Waga obiektu na Ziemi zależy od miejsca, w którym się znajduje, ze względu na kształt Ziemi i rotację.
Kształt Ziemi
Ziemia nie jest idealną kulą. Jest to elipsoida obrotowa, co oznacza, że jest nieco spłaszczona na biegunach i wybrzuszona na równiku. To spłaszczenie jest wynikiem sił odśrodkowych generowanych przez obrót Ziemi. Ten kształt wpływa na siłę grawitacji, którą odczuwamy w różnych miejscach na Ziemi.
Grawitacja na Biegunie i Równiku
Na biegunach Ziemi, jesteśmy bliżej środka Ziemi, niż na równiku. Spowodowane jest to tym, iż promień Ziemi na równiku wynosi około 6378 km, podczas gdy na biegunach jest o około 21 km mniejszy. Dlatego, siła grawitacji jest nieznacznie większa na biegunach niż na równiku. Dodatkowo szybkość obrotowa ziemi na równiku wynosi około 1674 km/h. Powoduje to, że siła odśrodkowa działa przeciwnie do grawitacji na równiku, co dodatkowo zmniejsza efektywną grawitację na równiku. Dlatego więc na biegunach siła odśrodkowa wynosi dokładnie 0 N.
Waga na Biegunie
Na biegunach, gdzie Ziemia jest spłaszczona i nie ma siły odśrodkowej wywołanej rotacją, obiekty ważą nieco więcej. Przykładowo, jeśli obiekt waży 100 kilogramów na równiku, na biegunie będzie ważył więcej, czyli 100,5 kilograma.
Waga na Równiku
Na równiku, gdzie Ziemia jest wybrzuszona i siła odśrodkowa z powodu rotacji jest największa, obiekty ważą nieco mniej. Jako przykład, ten sam obiekt, który waży 100 kilogramów na biegunie, na równiku będzie ważył około 99,5 kilograma.
Waga a Wysokość nad Poziomem Morza
Co ciekawe na szczycie Mount Everestu (8848 m n.p.m.) siła grawitacji jest o około 0,34% mniejsza niż nad Morzem Martwym (430 m p.p.m.), które jest depresją tektoniczną. Zatem waga obiektu który na szczycie Mount Everestu waży 100 kg, na poziomie Morza Martwego wyniesie 100,34 kg. Analogicznie obiekt który na poziomie Morza Martwego waży 100 kg, na szczycie Mount Everestu będzie ważył 99,66 kg.
Jeśli obiekt znajdujący się na wysokości poziomu morza waży 100 kg, to na wysokości 10 000 m n.p.m. będzie ważył już tylko 99,76 kg. Natomiast ten sam obiekt na wysokości międzynarodowej stacji kosmicznej ISS (ponad 400 km n.p.m.) będzie ważył już tylko 9 kg.
Warto wspomnieć że wahania grawitacji, a co z tym idzie ciężaru obiektu są też zależne od budowy skorupy ziemskiej i ukształtowania terenu. Na przykład, w obszarach złożonych z masywnych gór lub dużych obszarów o wysokiej gęstości skał, siła grawitacji jest większa, co powoduje dodatnie anomalie grawitacyjne. Z kolei na obszarach z dużą ilością wody lub obszarach o niższej gęstości skał, siła grawitacji jest mniejsza, co powoduje ujemne anomalie grawitacyjne
Podsumowanie
Zjawisko zmieniającej się grawitacji jest istotne dla wielu dziedzin nauki i techniki. Satelity i rakiety kosmiczne wykorzystują mniejszą grawitację na orbicie do utrzymania się w przestrzeni kosmicznej. W nawigacji lotniczej i kosmicznej uwzględnia się poprawkę na zmienną grawitację. Różnice grawitacyjne mają też znaczenie przy kalibracji wagi precyzyjnych instrumentów naukowych. Zrozumienie zjawiska grawitacji i jej zmienności było jednym z kluczowych odkryć fizyki i astronomii. Chociaż różnice w grawitacji i ciężarze obiektów między biegunami a równikiem są niewielkie, to są one dowodem na to, jak skomplikowane są prawa fizyki, które rządzą naszym wszechświatem. Różnice te również mają wpływ na wiele aspektów naszego życia. Bez zrozumienia tego zjawiska, wiele z naszych najbardziej zaawansowanych technologii nie byłoby możliwe.
