AURINKOKUNTA

DiaesitysOtavan OpistoTyö tehty 3.4.2013Susanna Puhakka

Ohjaaja: Mika Nieminen

- Gravitaatio Aurinkokunnassa

SISÄLLYSLUETTELO

1. JOHDANTO2. AURINKOKUNNAN RAKENNE

2.1 Aurinko2.2 Planeetat2.3 Aurinkokunnan pienkappaleet

3. GRAVITAATIO AURINKOKUNNASSA3.1 Isaac Newton3.2 Gravitaatiovuorovaikutus

3.2.1 Millä voimalla Aurinko ja Maa vetävät toisiaan puoleensa?3.2.2 Putoamiskiihtyvyys3.2.3 Paljonko Maija painaa Kuussa ja Maassa?

4. JOHTOPÄÄTÖKSET5. LÄHTEET

1. JOHDANTO

Tervetuloa kanssani löytöretkelle Aurinkokuntaan! Tässä diaesityksessä tarkastelemme Aurinkokunnan rakennetta sekä siellä vallitsevaa gravitaatiota eli painovoimaa. Jotta ymmärtäisimme gravitaation vaikutuksen Aurinkokunnassa, on meidän tiedettävä mistä Aurinkokunta koostuu.Kun perehdymme Aurinkokunnan rakenteeseen, perehdymme samalla myös taivaankappaleiden määritelmiin. Lisäksi tutustumme hieman tarkemmin keskustähteemme Aurinkoon.Pääpaino diaesityksessä on gravitaatio ja sen merkitys. Perehdymme lyhyesti siihen, kuinka gravitaatiolaki

todennäköisesti keksittiin, jonka jälkeen paneudumme

tarkemmin niin painovoimaan kuin myös sen aiheuttamaan putoamiskiihtyvyyteen.Diaesityksessä laskemme myös kaksi gravitaatioon liittyvää tehtävää: Millä voimalla Aurinko ja Maa vetävät toisiaan puoleensa ja kuinka paljon Maija painaa Kuussa ja Maassa.

Mukavia hetkiä Aurinkokunnan ja gravitaation parissa!

Oulu 3.4.2013, Susanna Puhakka

2. AURINKOKUNNAN RAKENNE

● Aurinkokunta voidaan jakaa kahdella eri tavalla:○ Perinteisen tavan mukaan Aurinkokunta jaetaan

taivaankappaleiden koon ja sijainnin mukaan Aurinkoon, planeettoihin, asteroideihin ja komeettoihin. Aurinkokunnassa on myös planeettojen välistä ainetta.

○ Kansainvälisen tähtitieteellisen unionin (IAU) vuonna 2006 julkaistujen perusteiden mukaisesti Aurinkokunnan kappaleet jaetaan seuraaviin luokkiin: planeetat, kääpiöplaneetat ja Aurinkokunnan pienkappaleet. [2]

Kuva 1. Aurinkokunta [6]

2.1 Aurinko

● Aurinko on tähti, joka syntyi noin viisi miljardia vuotta sitten. Aurinko on noin puolessa välissä elinkaartaan. [3]

● Suurin osa Aurinkokuntamme aineesta koostuu Auringosta, jonka massa, 1,989 x 1030 kg, on 99,85 % koko aurinkokuntamme massasta. [1][2]

● Aurinko koostuu pääasiassa vedystä ja heliumista. Vedyn osuus auringosta on yli 70 % ja heliumin yli 25 %. [1]

Kuva 2. Läpileikkaus Auringosta [1][3][4]

2.2 Planeetat

Planeetta on:

● Taivaankappale, joka kiertää Aurinkoa.

● Kappale, jonka massa on niin suuri, että kappaleen painovoima pakottaa sen pallomaiseen muotoon.

● Kappale, jonka radan lähiympäristössä ei ole muita suurempia kohteita.

Kääpiöplaneetta on:

● Taivaankappale, joka kiertää Aurinkoa.

● Kappale, jonka massa on niin suuri, että kappaleen painovoima pakottaa sen pallomaiseen muotoon.

● Kappale, jonka radan lähiympäristöstä löytyy muitakin suurempia kappaleita.

● Kappale, joka ei ole kuu. [2]

Planeetan ja kääpiöplaneetan määritelmät (IAU 2006)k

Aurinkokunnan planeetat ja kääpiöplaneetat

Planeetat● Merkurius● Venus● Maa● Mars● Jupiter● Saturnus● Uranus● Neptunus [1]

Kääpiöplaneetat● Ceres● Eris● Haumea● Makemake● Pluto [7]

Aiemmin Plutoa pidettiin planeettana. V. 2006 se kuitenkin luokiteltiin kääpiöplaneetaksi. [5]

2.3 Aurinkokunnan pienkappaleet

● Kappaleet, jotka eivät ole planeettoja tai kääpiöplaneettoja, ovat IAU:n v. 2006 määritelmän mukaan pienkappaleita, mikäli ne kiertävät Aurinkoa eivätkä ole satelliitteja.

● Aurinkokunnan pienkappaleisiin kuuluu valtaosa Aurinkokuntamme asteroideista, valtaosa transneptunisista kohteista, komeetat sekä muut määritelmään sopivat pienet kappaleet. [8]

Kuva 3. Aurinkokunnan pienkappale komeetta Hartley 2 [8][9]

3. GRAVITAATIO AURINKOKUNNASSA3.1 Isaac Newton

Kuva 4. Newtonin puu [15]

● Uskotaan, että Isaac Newton (1642-1727) keksi gravitaatiolain kesällä 1666 nähdessään omenan putoavan hänen synnyinpaikallaan kasvavasta puusta. [16]

3.2 Gravitaatiovuorovaikutus

● Isaac Newtonin v. 1684 esittämän gravitaatiolain mukaan kappaleet vetävät puoleensa toisiaan voimalla, johon vaikuttaa kappaleiden massa ja kappaleiden välinen etäisyys.

● Voima, jolla kappaleet vetävät toisiaan puoleensa, voidaan laskea kaavalla

m1, m2 = kappaleiden massatr = kappaleiden välinen etäisyysG = 6,67259 ∙ 10-11 Nm2/kg2

● Gravitaatio eli painovoima vaikuttaa sekä systeemin sisällä että ulkopuolella. Gravitaation merkitys maailmankaikkeudelle on suuri. [1][10]

Gravitaatio eli painovoima

● muokkaa maailmankaikkeutta● mahdollistaa galaksien, tähtien ja planeettojen

syntymisen● pitää suuret systeemit, kuten tähdet, kasassa● pitää planeetat radoillaan● vaikuttaa siihen, että satelliitit kiertävät Maata

eivätkä sinkoile pitkin avaruutta● on syy siihen, miksi ihmiset pysyvät kiinni Maan

pinnassa● säätelee galaksien pyörimistä● vaikuttaa koko maailmankaikkeuden kehitykseen [1]

[10]

3.2.1 Millä voimalla Aurinko ja Maa vetävät toisiaan puoleensa?

Tarvittavat tiedot Auringosta ja Maasta [11]:

Vastaus: Aurinko ja Maa vetävät toisiaan puoleensa noin 3,5 ∙ 1022 newtonin voimalla.

Auringon massa (m1) 1,989 ∙ 1030 kg

Maan massa (m2) 5,974 ∙ 1024 kg

Maan keskietäisyys Auringosta (r) 149,597 87 ∙ 109 m

3.2.2 Putoamiskiihtyvyys

● Taivaankappaleen painovoima aiheuttaa putoaville kappaleille putoamiskiihtyvyyden (g), joka voidaan laskea kaavalla

G = gravitaatiovakioM = kappaleen massaR = kappaleen säde

● Putoamiskiihtyvyys vaihtelee eri taivaankappaleiden pinnalla.

● Maan pinnalla putoamiskiihtyvyys on noin 9,81 m/s2. [1][11][12]

Putoamiskiihtyvyyksiä eri taivaankappaleiden pinnoilla [11]

TAIVAAN-KAPPALE PUTOAMISKIIHTYVYYS m/s2

Merkurius 3,63

Venus 8,60

Maa 9,81

Mars 3,74

Jupiter 25,90

Saturnus 11,3

Uranus 10,4

Neptunus 14,0

Kuu 1,622

3.2.3 Paljonko Maija painaa Kuussa ja Maassa?

● Kappaleen painoksi kutsutaan voimaa, jolla Maa vetää puoleensa kappaletta. [1]

● Tämä voima on dynamiikan peruslain mukaan kappaleen massa kertaa putoamiskiihtyvyys eli F = mg. Voidaan myös sanoa: paino (W) = mg. [1][14]

● Lasketaan paljonko Maija, jonka massa on 50 kg, painaa Kuussa ja Maassa.Kuussa: W = 50 kg ∙ 1,622 m/s2 = 81,1 NMaassa: W = 50 kg ∙ 9,81 m/s2 = 490,5 N

● Maija painaa Kuussa yli kuusi kertaa vähemmän kuin Maassa, jonka vuoksi esim. hyppiminen Kuun pinnalla on helpompaa kuin Maan pinnalla! [11][13][14]

4. JOHTOPÄÄTÖKSET

Tutustuessani Aurinkokuntaan, sen rakenteeseen ja gravitaatioon Aurinkokunnassa, huomasin, kuinka merkittävä asia painovoima eli gravitaatio on. Se vaikuttaa koko avaruuteen ja ilman sitä kaikki olisi aivan erilaista. Gravitaation merkitystä auttaa ymmärtämään mm. seuraavien kysymyksien pohtiminen: Millaista elämä olisi Maapallolla, jos painovoimaa ei olisi? Entä millainen avaruus olisi, jos taivaankappaleet eivät vetäisi toisiaan puoleensa? Luulen, että ilman painovoimaa ei olisi elämää, koska gravitaatio on mahdollistanut mm. Maapallomme

muodostumisen. Mikäli elämää kuitenkin olisi, se olisi varmaankin hyvin kaaosmaista. Perehtyessäni Aurinkokuntaan ja gravitaatioon huomasin myös kuinka oleellinen asia fysiikka on avaruuden tutkimisessa. Fysiikan avulla pystymme laskemaan mm. ihmisen painon eri planeettojen ja kuiden pinnoilla, mikä auttaa hahmottamaan mm. sitä, millaista liikkuminen näiden taivaankappaleiden pinnoilla olisi.Tämä löytöretkeni Aurinkokuntaan osoittikin minulle, että fysiikan avulla pystymme selvittämään monia mielenkiintoisia asioita avaruudesta. Suosittelenkin kaikille aiheesta kiinnostuneille perehtymistä fysiikkaan ja fysiikan erilaisiin kaavoihin, koska niiden avulla pystymme ymmärtämään paremmin niin Aurinkokuntaa kuin myös koko avaruutta.

5. LÄHTEET[1] Eskola, S. M., Ketolainen, P., Stenman, F. 2006: Fotoni 1 Fysiikka luonnontieteenä, Kustannusosakeyhtiö Otava, Helsinki, 185 s.[2] Aurinkokunnan rakenne. Tähtiakatemia. (viitattu 20.3.2013). Saatavilla www-osoitteessa http://www.sarkanniemi.fi/akatemiat/tahtiakatemia/aurinkokunta/rakenne.htm.[3] Aurinko. Wikipedia. (viitattu 20.3.2013). Saatavilla www-osoitteessa http://fi.wikipedia.org/wiki/Aurinko.[4] Vastaukset: Aurinkokunta ja Maa. Opetushallitus - Etälukio. (viitattu 21.3.2013). Saatavilla www-osoitteessa http://www02.oph.fi/etalukio/maantiede/kurssi1/aurinkovastaus.html.[5] Pluto (kääpiöplaneetta). Wikipedia. (viitattu 21.3.2013). Saatavilla www-osoitteessa http://fi.wikipedia.org/wiki/Pluto_(kääpiöplaneetta).[6] File:Solar sys.jpg. Wikimedia Commons. (kuva ladattu 21.3.2013). Saatavilla www-osoitteessa http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solar_sys.jpg.

[7] Kääpiöplaneetta. Wikipedia. (viitattu 21.3.2013). Saatavilla www-osoitteessa http://fi.wikipedia.org/wiki/Kääpiöplaneetta.[8] Aurinkokunnan pienkappale. Wikipedia. (viitattu 22.3.2013). Saatavilla www-osoitteessa http://fi.wikipedia.org/wiki/Aurinkokunnan_pienkappale.[9] File:495296main epoxi-1-full full.jpg. Wikimedia Commons. (kuva ladattu 22.3.2013). Saatavilla www-osoitteessa http://commons.wikimedia.org/wiki/File:495296main_epoxi-1-full_full.jpg.[10] Mitä on painovoima? ESA. (viitattu 22.3.2013). Saatavilla www-osoitteessa http://www.esa.int/fin/ESA_in_your_country/Finland/Mitae_on_painovoima.[11] Seppänen, R., Kervinen, M., Parkkila, I., Karkela, L., Meriläinen, P. 2005: maol taulukot, Kustannusosakeyhtiö Otava, Helsinki, 167 s.[12] Putoamiskiihtyvyys. Wikipedia. (viitattu 3.4.2013). Saatavilla www-osoitteessa http://fi.wikipedia.org/wiki/Putoamiskiihtyvyys.[13] Painovoima ja tasapaino. (viitattu 3.4.2013). Saatavilla www-osoitteessa http://www11.edu.fi/astel/pelit/mekaniikka/painovoima.pdf.[14] Mitä painovoima on. Esa. (viitattu 3.4.2013). Saatavilla www.osoitteessa http://esamultimedia.esa.int/docs/issedukit/fi/html/t0405r2.html.

[15] File:Newton's tree, Botanic Gardens, Cambridge.JPG. Wikimedia Commons. (kuva ladattu 3.4.2013). Saatavilla www-osoitteessa http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Newton%27s_tree,_Botanic_Gardens,_Cambridge.JPG?uselang=fi.[16] Isaac Newton. Wikipedia. (viitattu 3.4.2013). Saatavilla www-osoitteessa http://fi.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newton.