Gravitace
Gravitace (3/8) · 7:12

Gravitace působící na kosmonauty na oběžné dráze kolem Země Proč kosmonauti i v blízkosti Země vypadají, že jsou ve stavu beztíže?

Navazuje na Práci a energii.
Když se díváš na záběry nebo fotografie kosmonautů ve vesmíru, nezdá se, že by tu působila jakákoli gravitace. Nic nepadá jedním směrem. Není ani jasné, kudy je nahoru nebo dolů. Všechno prostě pluje prostorem. Pokud bych se odrazil od této zdi, prostě bych plul tudy. Nezdá se, že by tu byl nějaký globální vliv podobný gravitaci, který by táhnul věci dolů. Kosmonauti však nejsou daleko od velmi hmotného tělesa. Raketoplán vystoupá pouze několik set kilometrů nad povrch Země. Raketoplán, kdybych ho nakreslil správně, by tedy byl asi někde tady. Víme, že gravitační síla mezi dvěma tělesy je rovna velkému G, gravitační konstantě, násobené hmotností prvního tělesa krát hmotnost druhého tělesa, to celé děleno druhou mocninou jejich vzájemné vzdálenosti. Pokud je raketoplán tady, jen pár set kilometrů nad zemským povrchem, toto „r“ se tolik neliší. Je to jen o trochu dále než být na povrchu Země. Pamatuj, že „r“ se měří od tvé polohy ke středu Země, nebo od hmotného středu tělesa ke středu Země. Země tu představuje většinu vzdálenosti. Ať už jsem tedy na povrchu Země nebo pár set kilometrů nad povrchem, „r“ se tak dramaticky nezmění, co se procent týče. Takto se nezdá, že by gravitační síla pár set kilometrů nad zemí měla být jiná než na povrchu. Co se tedy děje? Pokud je ve vesmíru gravitace, proč se tu všichni takto vznášejí? Odpověď je, že ve vesmíru gravitace je a tito lidé vlastně padají. Jen se vůči Zemi pohybují tak rychle, že se do ní nemohou trefit. Vysvětlím, o čem tu mluvím. Jsem například tady v Africe a něco vystřelím. Kdybych měl hodně dobrý prak a střílel pod úhlem 45 stupňů, střela by vzlétla a časem dopadla na jiné místo. Už toto by byla neskutečná střela z praku. Letěla pár tisíc kilometrů, nebo alespoň přes 1 000 kilometrů. Pokud ji urychlím ještě víc, pokud přidám trochu síly, hodím ji vyšší rychlostí, možná doletí dále, ale časem dopadne zpátky na zem. Zkusme ji vrhnout ještě rychleji. Stále dopadne na zem. Hoďme ji ještě rychleji. No i pak opět dopadne na zem. Asi tušíš, kam tím mířím. Zkusme to ještě rychleji. Ještě rychleji, časem opět dopadne na zem. Ještě rychleji, doletí opravdu daleko a dopadne zpátky na Zemi. Asi vidíš, co se tu děje. Pokaždé, když to hodíš rychleji, doletí dále, dokud nedosáhne rychlosti, kterou tu střelu vrhneš a kdykoli se pokusí dopadnout na zem, letí tak rychle, že se do ní nemůže strefit. Bude prostě létat kolem Země a taková střela se dostane do oběhu. Kdyby tu nebyla žádná tíha, střela by odletěla do vesmíru. Jelikož na ni působí gravitace, která ji přitahuje ke středu Země… Sřela a Země se navzájem přitahují. Tak působí gravitační síla, která zakřivuje dráhu střely. Pokud střela nebo cokoli letí dost rychle, bude jednoduše obíhat Zemi dokola. Jelikož v této výšce není prakticky žádný vzduch, není tu ani odpor a střela může létat opravdu velmi dlouho. Nezanedbatelný odpor tu i tak je, proto satelity časem zpomalují. Odpověď na náš problém je, že gravitace tu opravdu působí. Není to prostředí bez gravitace. Akorát kosmonauti, raketoplán a všechny věci v něm padají, pohybuje se však tak rychle, že nikdy nezasáhne Zemi. Neustále Zemi míjí. Obíhá dokola, nicméně vše pod vlivem gravitace. Pokud by trochu zpomalili, aspoň vůči Zemi, kdyby tu zabrzdili, začali by padat k Zemi. Na tom, že vystoupáš 300 či 400 kilometrů nahoru není nic tak zvláštního, aby se gravitace najednou vypnula. Vliv gravitace má nekonečný dosah. Může se stát nepostřehnutelně malou, nicméně pár set kilometrů ve vzduchu určitě máš gravitace dost. Oni však obíhají kolem Země, letí tak rychle, že při pádu Zemi nikdy netrefí. Pokud bys rád gravitaci simuloval, a NASA to vlastně takto dělá, posadil bys lidi do letadla, kterému se občas říká vrhač šavlí, neboť je v něm lidem často zle, jehož let kopíruje dráhu vrhu. Je-li toto v případě vrhu Země, tedy konkrétně v parabolickém pohybu, letadlo tu vzlétne a udělá to samé co při volném pádu nebo parabolickém vrhu. Kdokoli v letadle bude volně padat. Pokud jsi nikdy… Pokud jsi skákal bungee nebo s padákem, nebo stačí i kopeček na horské dráze, táhne tě to dolů a žaludek se ti zvedá, to je pocit volného pádu, který pociťují kosmonauti, protože ti jsou ve stavu volného pádu neustále. Je to pocit nerozeznatelný od pocitu, který bys měl v hlubokém vesmíru, kde by nebyla žádná významná hmota a nepůsobila by na tebe vůbec žádná tíha. Doufám, že to věci trochu ujasňuje. Sedíš-li v raketoplánu bez oken, ani nevíš, zda jsi poblíž velmi hmotného tělesa a volně k němu padáš, jestli jej obíháš, nebo poblíž tebe vůbec žádné není a jsi ve stavu nebo místě s minimální gravitací.
video