Mitä on painovoima ja missä se on voimakkain Yhdysvalloissa?
Tammikuu 2003
Neljästä perusvoimasta – painovoimasta, sähkömagneettisesta, vahvasta ydinvoimasta ja heikosta ydinvoimasta – painovoima on se, jonka ihmiset tuntevat parhaiten. Isaac Newtonin katsotaan ”löytäneen painovoiman”. Itse asiassa hän antoi meille analyyttisen tulkinnan gravitaatiosta eli kuvasi ne suureet, jotka määrittävät kappaleeseen kohdistuvan gravitaatiovoiman.
Newtonin mukaan mihin tahansa kahteen kappaleeseen kohdistuu vetovoima, joka pyrkii vetämään ne yhteen. Tämän voiman suuruus riippuu kunkin kappaleen massasta ja kahden kappaleen keskipisteiden välisestä etäisyydestä. Matemaattisesti sanottuna sanomme, että painovoima riippuu suoraan esineiden massoista ja kääntäen esineiden välisen etäisyyden neliöstä. G tässä suhteessa on vakio, jota kutsutaan yleismaailmalliseksi gravitaatiovakioksi.
Jokapäiväisten esineiden, kuten ihmisten, autojen, pallojen ja lentokoneiden, painovoima minkä tahansa kahden tällaisen esineen välillä on niin pieni, että se on merkityksetön. Kun kuitenkin yksi esineistä on hyvin massiivinen, kuten maapallo, gravitaatiovoima muuttuu merkittäväksi. Painosi on itse asiassa vain kehon massan ja Maan massan välinen painovoima. Tunnemme Maan vetävän meitä puoleensa voimalla, jota kutsumme painovoimaksi.
”Painovoima” ilmaistaan usein kiihtyvyytenä, jonka painovoima antaa esineelle, kun esine pudotetaan. Tämä painovoiman kiihtyvyys kirjoitetaan pienellä g:llä, ja sitä käytetään kuvaamaan painovoiman voimakkuutta eri paikoissa maapallolla sekä muilla planeetoilla.
Yleisesti, mitä lähempänä kahden kappaleen keskipisteet ovat, sitä suuremmaksi painovoima tulee. Siksi voisi olettaa, että Yhdysvalloissa painovoima on voimakkaampi siellä, missä ollaan lähimpänä maapallon keskipistettä. Yhdysvaltojen matalin kohta on Death Valley, joten painovoiman voisi olettaa olevan voimakkaampi siellä (missä ollaan lähimpänä maapallon keskipistettä). Maapallo ei kuitenkaan ole tasaista materiaalia kaikkialla sen sisätiloissa, ja painovoima riippuu siitä, kuinka paljon massaa on sinun ja maapallon keskipisteen välissä.
Siten kun liikut ympäri Yhdysvaltoja, painovoiman aiheuttama kiihtyvyys (g) vaihtelee noin 9,79 metristä 9,81 metriin sekunnin neliössä. Maapallon keskiarvo on 9,80 m/s2 (32 ft/s2), joka yleensä ilmoitetaan painovoiman kiihtyvyydeksi maapallolla. Tämä tarkoittaa, että pudotettu esine nopeutuu 32 ft/s joka sekunti, kun se putoaa ilman ilmanvastusta. Vertailun vuoksi mainittakoon, että Kuun painovoiman kiihtyvyys on vain 1,63 m/s2 sen koostumuksen ja pienemmän koon vuoksi.
Newtonin selitys painovoimasta on riittävä jokapäiväiseen elämään. Painovoiman monimutkaisimpien yksityiskohtien ymmärtämiseksi on kuitenkin otettava mukaan Einsteinin painovoimateoria, joka on matemaattisesti monimutkainen.