RELATIIVSUSTEOORIA JA RASKUSJÕUD
Newtoni järgi on raskusjõud ehk gravitatsioon massidevaheline külgetõmbejõud. Einsteini teooriad väidavad, et massid deformeerivad ruumi geomeetriat nende ümber.
Kõik massid tõmbavad üksteist külge. Seda külgetõmbejõudu nimetatakse gravitatsioonijõuks ehk raskusjõuks. Kahe objekti vahelise jõu tugevus sõltub nende massist: ühe või teise massi kahekordistamine kahekordistab jõudu nende objektide vahel; mõlema massi kahekordistamine teeb nendevahelise jõu neljakordseks. Jõud kahe objekti vahel väheneb võrdeliselt nendevahelise kauguse ruuduga: objektide vahelise kauguse suurendamine kaks korda vähendab jõudu esialgse tugevusega võrreldes neli korda.
Kahe objekti vaheline raskusjõud tuleb hõlpsasti ilmsiks, kui üks või mõlemad objektid omavad suurt massi. Teineteisest ühe meetri kaugusel asuvate inimeste vaheline raskusjõud on ligikaudu ainult üks miljondik njuutonit. Mõlemad tunnevad aga raskusjõu tõmmet, mida tekitab Maa, mille mass on kuus miljon-miljardit kilogrammi.
RASKUSJÕUD, MASS JA KAAL
Maa tõmbab merepinne tasandil ühe-kilogrammilist massi tugevusega 9,8 njuutonit. See külgetõmme on objekti kaal. Kuu mass on Maa massist väiksem ja ühe kilogrammi massi kaal Kuul on üks kuuendik selle kaalust Maa peal.
Tähtis on mõista, et mass ja kaal on kaks erinevat suurust. Mass on aine hulga mõõt. See ei muutu liikumisel ühest kohast teise. Kaal on jõud, mis mõjub keha massile gravitatsiooniväljas. Kaal muutub koos gravitatsioonivälja tugevusega.
KIIRENDUS JA VABA LANGEMINE
Raskusjõud ühekilogrammisele massile on 9,8 njuutonit; raskusjõud kahekilogrammisele massile on 19,6 njuutonit. Newtoni teise seaduse järgi kiireneb kumbki mass 9,8 meetrit sekundis ruudu kohta juhul, kui ainus mõjuv jõud on gravitatsioon. Tegelikult kiireneb iga mass ühepalju, sest raskusjõud suureneb võrdeliselt keha massiga. Konstandi g väärtus on 9,8 meetrit sekundi ruudu kohta. Seda konstanti kasutatakse gravitatsiooninähtuste arvutamisel.
Vaba langemine toimub siis, kui kukkuvale kehale mõjub ainult raskusjõud. Maa peal on vabalangemine harukordne, sest õhutakistus osutab langevale kehale mõjuvale raskusjõule vastupanu. See on põhjus, miks sulg langeb Maa atmosfääris palju aeglasemalt kui kivi.
KAALUTA OLEK
Objekt on ainult siis tõeliselt kaaluta olekus, kui ta asub null gravitatsiooni väljas. Maa ja Kuu vahel on punkt, kus Maa ja Kuu gravitatsiooniväljad vastastikku tasakaalustuvad ja objektid on kaalutud.
Maa orbiidil tiirlev kosmoselaev liigub raskusjõu mõjul kiirenevalt oma orbiidi tsentri suunas. Sellepärast tunnevad kosmonaudid kaalutust – nad on vabas langemises. Seda tunnet võib tajuda ka Maale lähemal lennukis, mis lendab mööda paraboolkõverat allapoole suunatud kiirendusega g. Sellesama efekti mõõdukam versioon on see, kui vankrit “Ameerika mägedes” kiirendatakse allapoole.
NEWTON JA GRAVITATSIOON
1687. aastal avaldas Isaac Newton gravitatsiooniseaduse, mis ühendas kahe objekti vahelise gravitatsioonijõu ehk raskusjõu nende massidega ja omavahelise kaugusega. See sisaldas konstanti G, mida nimetati universaalseks gravitatsioonikonstandiks. Newtoni seadus on siiani kasutusel gravitatsiooninähtuste ennustamiseks, kuid see ei suuda seletada, kuidas gravitatsioon toimib ja miks konstandil G on teatud kindel väärtus.
EINSTEIN JA RELATIIVSUS
Oma erirelatiivsusteoorias 1905. aastal kinnitas Albert Einstein, et mitte miski – isegi mitte informatsioon – ei saa liikuda valgusest kiiremini. See tekitas probleemi Newtoni gravitatsiooniteooria jaoks, kus külgetõmbejõud levib objektide vahel lõpmatu kiirelt. Kümme aastat hiljem lahendas Einstein selle probleemi üldrelatiivsusteooriaga. Oma teoorias pakkus Einstein välja, et aine deformeerib ruumi enda ümber. Deformatsioon sarnaneb lohuga, mille põhjustab näiteks marmortüki asetamine välja venitatud kummilehele. Selles deformeerunud ruumis on lühim tee kahe punkti vahel kõverjoon. Sellepärast saab planeet kõverdada mööduva objekti teed või isegi hoida seda orbiidil – objekt lihtsalt jälgib lühimat teed läbi ruumi, mis on deformeeritud planeedi poolt.
Täieliku päikesevarjutuse vaatlustega 1919. aastal sai üldrelatiivsusteooria tõestuse. Astronoomid nägid tähti, mis oleksid pidanud olema Päikese poolt varjatud. See nähtus tõestas, et tähtedelt saadud valgus oli jälginud ruumi kõverust, mida põhjustas Päikese mass. Et valgusel pole massi, siis poleks valguse tee Newtoni teooria järgi tohtinud kõverduda.
Albert Einstein
Saksamaal sündinud Albert Einsteini (1879-1955) tuletatud relatiivsusteooriad seletavad astronoomia ja füüsika nähtusi, mis ei allu Newtoni seadustele.
*Maa mass on kuus miljonit miljardit miljardit kilogrammi. Selle massi gravitatsiooniline tõmme on nii suur, et vabalt langev objekt kiireneb Maa suunas 9,8 meetrit sekundi ruudu kohta.
*Kuu mass on Maa massist väiksem, sellepärast on tema gravitatsiooniline tõmme üks kuuendik nii suur kui Maal.
*Jupiter on maast palju suurem. Tema gravitatsiooniline tõmme on kolmsada korda tugevam seetõttu on Jupiteril vaba langemise kiirendus tohutu suur – 3 kilomeetrit sekundi ruudu kohta.
KASUTATUD KIRJANDUS
*Laste teadusentsüklopeedia
*D. Kindersley “Illustreeritud lasteentsüklopeedia”