На всички ни е известно, че гравитацията ни помага да се задържим стъпили на земята, вместо да се реем във въздуха. Тя обаче оказва влияние върху телата ни и обектите, които ни заобикалят по такъв начин, че самите ние не го осъзнаваме напълно.

По тази причина учени от Великобритания започват да изследват по-подробно нейното влияние и как по-точно променя тя нашето тегло, височина и телосложение. 

Влияние на гравитацията върху падащите обекти

Професор Джим Ал-Калили разглежда теориите за гравитацията, съществуващи от векове, за да докаже техния смисъл. Първия въпрос, който си задава той, е “Защо един чук пада по-бързо от перо?”, като заявява, че повечето хора мислят, че причината за това е, че чукът е по-тежък от перото. За да оспори този факт, той прави демонстрация, при която спуска два чадъра с еднакво тегло, единият, от които е свит, а другият – разтворен, като свитият чадър пада по-бързо, поради по-ниското съпротивление на въздуха. Това доказва, че скоростта на падане зависи от действието на гравитацията.

Галилео Галилей създава тази теория, за да опровергае тезата на Аристотел, която твърди, че скоростта на падане на телата е пропорционална на тяхното тегло. За да докаже своето становище, Галилео прави опити, при които наблюдава падащи тела от кулата в Пиза. По-късно неговата теория се потвърждава при експеримент, осъществен на Луната, тъй като там гравитацията е с минимално влияние. Един от астронавтите извършва същата демонстрация с чука и перото, но този път те падат с еднаква скорост. Това напълно доказва теорията на Галилео, в която се твърди, че не теглото, а гравитацията е това, което оказва влияние върху скоростта на падащите тела.

Променя ли се скоростта на падане на телата?

Този факт обаче създава още въпроси в съзнанието на професор Ал-Калили и то: “Постоянна ли е скоростта на падане на телата, или се увеличава?”. За да отговори на това, той извършва експеримент с двама доброволци, който се състои в измерването на скоростта на падане при топче, спуснато по наклонена повърхност, като единият доброволец го пуска от по-високата част, а другият го поема от по-ниската. Професорът използва метода за измерване на времето на падане, който Галилео е създал при извършването на своите експерименти, поради липсата на часовници по това време, и то именно – измерване на количеството вода, постъпило в чаша за времето на падане на топчето.

За да установи дали скоростта на падане се променя, професорът дава задача на доброволеца, който пуска топчето, да извършва това на различно разстояние от крайната точка. Тоест той първо го пуска от най-високата част на повърхността, а след това все по-близо до най-ниската. При това е ясно, че от колкото по-ниска точка започва падането на топчето, толкова по-бързо стига то до другия край на повърхността, което се вижда и в количеството вода в чашите, което намалява пропорционално със скъсяването на изминатото разстояние. 

Интересното при този експеримент обаче е, че професорът, заедно с екипа от доброволци, откриват, че по-дългите разстояния са изминати от топчето за същото време като по-късите. Това предполага, че скоростта му на падане се увеличава със спускането му надолу, тъй като, ако беше постоянна, времето за изминаване примерно на 16 метра нямаше да е равно на това от 1 метър. Причината е, че по време на тези 16 метра топчето вече е набрало инерция, за разлика от първия метър след началото на падането. Изчислено от математическа гледна точка, ускорението, което прилага гравитацията върху падащите обекти, се равнява на 9.81 метра за секунда. Тоест с всяка една секунда, обектът изминава по-дълго разстояние за време, равно на това за по-кратко.

Снимката е кадър от документалния филм The Fascinating Truth About Gravity | Jim Al-Khalili: Gravity and Me

В търсене на слаба гравитация

Друго проучване, чийто съставител е професор Ал-Калили, отново включва двама доброволци – студентката Астрея и журналистката Попи, които тръгват на приключение, заедно с трима специалисти по науката за гравитацията, в откриване на мястото във Великобритания, на което гравитацията оказва най-слабо влияние. Във връзка с това, те вземат със себе си тежест за везна, чиято маса е точно измерена в лаборатория и е равна на два килограма, като целта им е да наблюдават промяната в теглото ѝ спрямо местата, които посещават. За да бъде възприет напълно ефективно експериментът, професорът изяснява разликата между маса и тегло, която много хора все още не осъзнават. Той казва, че масата е постоянна и представлява количеството вещество, което едно тяло може да побере в себе си, докато теглото е променливо и зависи главно от действието на гравитацията.

Първото място, което посещава екипът, е най-високият връх в Уелс – Сноудън. Те избират това място, защото предполагат, че височината се отразява на действието на гравитацията. Когато пристигнат в по-ниската част на планината и измерят теглото на тежестта за везната, то е с 1.8 грама по-леко от точната маса. Но стигайки чак върха на планината, изследователите откриват, че теглото там спада с още 0.2 грама. Тези цифри може да изглеждат минимални, но се отнасят за два килограма, което съотносимо с нашето собствено тегло, би било повече.

За да открие повече информация за действието на гравитацията, Ал-Калили разглежда Закона за гравитацията на Исак Нютон, който гласи, че колкото по-далеч се намират два обекта един от друг, толкова по-слаба е гравитацията между тях. Това също така засяга въпросите “Как работи орбитата?”, “Защо галактиките се въртят?” и “Как Луната обикаля около Земята?”. Нютон обяснява нещата по следния начин – когато хвърлим нещо, то не продължава да се движи непрекъснато в права линия, тъй като е привлечено от гравитацията и създавайки парабола чрез изминатия път, накрая пада на земята, като това се отнася и за космическите тела, които обикалят други в орбита – така, както Луната обикаля около Земята, а Земята около Слънцето, привлечени от тялото с по-силна гравитация. 

По този начин, професорът открива факта, че действието на гравитацията е по-силно в частите, намиращи се близо до ядрото. Това е така, защото Земята няма перфектната форма на кълбо и се върти около оста си, като това се усеща най-слабо в екватора. Тоест, за да открият мястото във Великобритания, на което гравитацията има най-слабо влияние, изследователите трябва да отидат по-близо до екватора. 

Това определя и следващата точка по техния маршрут – Националния парк Дартмур, разположен на полуостров Корнуол, който се намира в Южна Великобритания – в близост до екватора. Те избират това място, защото искат да докажат, че както географското положение, така и надморската височина влияе върху действието на гравитацията. Точно затова малко по-късно изкачват скали, изградени от гранит, които също оказват влияние върху гравитационното привличане. Изследователите се намират на 400-500 метра надморска височина, когато чрез оборудване, предназначено за измерване на силата на гравитацията, откриват, че нейното действие е най-слабо точно в скалите на Дартмур. 

От това проучване разбираме, че теглото е нещо относително, което променя величината си спрямо мястото, на което се намира даденият обект. Дори самите ние можем да посетим тези места и да открием, че нашето тегло се променя в зависимост от силата на гравитацията. Но как се отразява това на височината ни?

Как гравитацията променя височината ни?

Професор Ал-Калили създава един кратък експеримент, през който наблюдава промените в своята собствена височина. Когато се събуди в 7 часа сутринта, той е висок 178 сантиметра, но връщайки се на същото място в 11 часа вечерта, професорът открива, че височината му е намаляла с два сантиметра. Нещата стоят по този начин, защото през целия ден, гравитацията оказва влияние върху телата ни, притискайки гръбначния ни стълб надолу, което се отразява в промяната на височината ни. 

Тези открития разчупват убежденията на хората, че всичко, което ни заобикаля има определена константна величина, когато видим, че всъщност повечето фактори, които влияят върху обектите около нас, са променливи. По този начин професор Джим Ал-Калили, заедно със своя екип от специалисти и доброволци, доказват, че теориите, създадени още преди векове, са актуални за

съвременния свят и създават нови хоризонти за науката, която познаваме днес.

Ивелина Николова