Mikä on painovoima ja miten se toimii?

Latinalainen sana gravitas tarkoittaa painoa ja antaa meille sanan 'painovoima', joka on voima, joka antaa esineille niiden painon. Se on myös sanan 'gravitate' juuri, sana, joka kuvaa painovoiman toimintaa: saa esineet gravitoitumaan toisiaan kohti. Se pitää ihmiset maan päällä ja maapallon paikallaan aurinkokunnassa. Vaikka muinaiset filosofit kyseenalaistivat, miksi esineet putosivat vuosisatoja sitten, tiedemiehillä on edelleen kysymyksiä painovoiman toiminnasta nykyään.

Mikä on Gravity?

Yksinkertaisimmillaan painovoima on voima, joka houkuttelee kahta kappaletta toisiaan kohti. Kaikella, jolla on ainetta, eli kaikella, mitä voidaan koskettaa, on vetovoima. Tämä sisältää omenat, ihmiset ja maapallon. Huolimatta termistä nolla gravitaatio, painovoimavoimia on mahdotonta paeta. Painovoima vaikuttaa edelleen astronautteihin, mutta ne liikkuvat sivuttain niin nopeasti, etteivät he pääse lähemmäksi planeetan keskustaa ja ovat jatkuvassa vapaan pudotuksen tilassa.

Painovoima, massa ja etäisyys

Minkä tahansa esineen painovoima on verrannollinen kohteen massaan. Esineillä, joilla on suurempi massa, on enemmän painovoimaa. Koska Maa on suurin ja lähin esine ympärillä, kaikki on kiinni sen painovoiman vetovoimaan, mikä tarkoittaa, että omenat putoavat maahan sen sijaan, että ne vetäytyisivät ihmisen päätä kohti.

Etäisyys vaikuttaa myös painovoimaan. Jos esine on kaukana, sen vetovoima on heikompi. Esimerkiksi avaruudessa on piste, jossa Marsin vetovoima tulee voimakkaammaksi kuin Maan veto.

Universumin perusvoimat

Fyysikkojen mukaan maailmankaikkeuden neljä perusvoimaa ovat gravitaatio, sähkömagneettinen, heikko ja vahva vuorovaikutus. Voimat muuttavat esineen liikettä ja neljä perusvoimaa määrittävät kuinka kaikki maailmankaikkeudessa on vuorovaikutuksessa. Painovoima on heikoin voima, mutta se on helpoimmin havaittavissa ja sillä on suurin vaikutus laajamittaisella tasolla. Se ei ole vain syy, miksi ihmiset voivat kävellä maan päällä, vaan myös pitää aurinkoa kiertävät planeetat ja aurinko paikoillaan galaksissa.

Gravitaatioteorian muinainen historia

Muinaiset kreikkalaiset uskoivat, että voima, joka veti esineitä maahan, oli sisäinen raskaus eikä ulkoinen voima. Raskaat ihmiset vedetään luonnollisesti maan päälle, kun taas kevyet liekit hyppäävät kohti taivasta. Sitä vastoin intialaiset tutkijat, erityisesti Aryabhata, sanoivat, että voima piti esineitä maassa, vaikka hänen teoriansa asetti Maan universumin keskipisteeseen. Matemaatikko Brahmagupta kuvaili ensimmäisenä painovoimaa houkuttelevaksi voimaksi 600-luvulla.

miksi näen jatkuvasti numeron 1111

Renessanssin gravitaatioteoria

Sanotaan, että Galileo pudotti esineitä Pisan kaltevan tornin kyljestä tarkkaillakseen, mitä tapahtui, kun ne putosivat. Olipa torni mukana tai ei, Galileo havaitsi, että kaikilla esineillä on taipumus kiihtyä samalla nopeudella putoaessaan. Muut tiedemiehet rakensivat työhönsä ja Grimaldi ja Riccioli laskivat gravitaatiovakion. Muut painovoimatyöt keskittyivät tähtitieteen ympärille, ja Johannes Kepler rakensi näiden teorioiden perusteella laskeakseen tunnettujen planeettojen kiertoradat.

Universaalin painovoiman laki

Toinen gravitaatiolegenda kertoo, että Isaac Newtoniin osui putoava omena ja hän tajusi, että täytyy olla voima, joka saa asiat putoamaan maahan. Hän kirjoitti painovoimaa kuvaavan yhtälön, joka osoitti, että mitä massiivisempia esineet ovat, sitä suurempi voima on niiden välillä. Se osoitti myös, että mitä kauempana ne ovat, sitä heikompi veto. Jotkut planeetat liikkuivat tavoilla, joita ei voitu selittää yhtälöllä, mutta suurimmaksi osaksi se pysyi vuosisatoja.

Einstein ja yleinen suhteellisuusteoria

Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria muutti fyysikot näkemään painovoiman. Painovoiman vaikutusten sanotaan johtuvan voiman sijaan aika-avaruuden käyrästä, joka esiintyy suurten esineiden ympärillä, pikemminkin kuin trampoliinilla istuva keilapallo. Tämä teoria selitti Merkuriuksen oudon kiertoradan ja asetti Newtonin painovoiman sen päähän, koska painovoima ei enää ollut voima, vaan seuraus geometriasta.

Mitä painovoima tekee?

Painovoimalla on useita vaikutuksia todelliseen maailmaan. Sen lisäksi, että esineet pysyvät maassa, painovoima antaa niille painoa. Esineet painavat vähemmän planeetoilla, joilla on pienempi vetovoima. Kuun painovoima on voima, joka saa aikaan valtamerten vuoroveden. Painovoima myös pitää maan mukavalla etäisyydellä auringosta ja pitää ilmakehän paikoillaan antaen kaikille eläville olennoille hengittävää ilmaa ja suojaa auringon säteilyltä.

Painovoima ja maailmankaikkeuden luominen

Gravitaatio oli myös olennainen elementti maailmankaikkeuden luomisessa. Universumissa olevat kaasut vetäytyvät toisiaan puoleensa painovoiman avulla ja liittyvät yhteen muodostaen suuria esineitä, mukaan lukien tähdet ja planeetat. Jotkut tutkijat uskovat, että painovoima stabiloi hiukkaset alkuräjähdyksen jälkeen ja pysäytti maailmankaikkeuden romahtamisen. Painovoima veti aurinkokuntaa yhteen muodostaen galakseja, ja sellaisenaan se oli perustavanlaatuinen elementti universumin luomisessa.

Painovoima ja tieteellinen tutkimus

Painovoiman tieteellinen tutkimus jatkuu myös tulevaisuudessa. Suhteellisuusteoria selittää joitain Newtonin painovoiman poikkeavuuksia; universumissa on edelleen mysteereitä, joita tiedemiehet eivät voi selittää. Painovoima ei sovi kvanttikenttäteoriaan, ja tiedemiehet tutkivat edelleen, kuinka se yhdistyy muiden perusvoimien kanssa. Gravitaatiotutkimuksella on myös enemmän käytännön sovelluksia. NASAn avaruusalukset tarkkailevat muutoksia Maan painovoimassa, mikä auttaa tutkijoita seuraamaan merenpinnan ja maankuoren muutoksia.