ویژگی های فیزیکی زمین

[Jack Daniel'ѕ]

گرانش زمین
در دانش مکانیک، گرانش نیرویی جهانی است که همهٔ مواد را جذب می‌کند. این نیرو تا حد زیادی ضعیف‌ترین نیروی شناخته‌شده در طبیعت است که هیچ نقشی در تعیین ویژگی‌های درونی مواد ندارد. از سوی دیگر، این نیرو مدار سیارات منظومهٔ خورشیدی را کنترل می‌کند و در جاهای دیگر، ساختار ستارگان، کهکشان‌ها و کل کیهان را حفظ می‌کند. بر روی زمین، همهٔ اجسام دارای وزن هستند و متناسب با جرم آن اجسام، زمین بر روی آن‌ها نیروی گرانش اعمال می‌کند.[۵۹]

در آغاز سدهٔ شانزدهم میلادی، ستاره‌شناسانی مانند گالیلئو گالیله و تیکو براهه کشف‌کردند که زمین و سیارات دیگر به دور خورشید می‌چرخند و یوهانس کپلر[پ ۲۸] نشان‌داد که سیارات در یک مدار بیضی‌شکل (نه دایره‌ای شکل) به دور خورشید می‌چرخند. اما سؤال این بود که چرا سیارات در مداری بیضی‌شکل به دور خورشید می‌چرخند و سرانجام آیزاک نیوتن گرانش زمین را کشف‌کرد. افسانه‌ای می‌گوید که وقتی نیوتن دید که سیبی در حال افتادن است، دربارهٔ نیروهای طبیعت به فکر افتاد و متوجه‌شد که نیرویی باید وجود داشته‌باشد که بر روی سیب در حال سقوط اثر بگذارد؛ در غیر این صورت، سیب شروع به حرکت نمی‌کند. او هم‌چنین متوجه‌شد که ماه در مداری دور از زمین به دور زمین می‌چرخد و اگر نیرویی وجود نداشت، ماه به سمت زمین سقوط می‌کرد؛ در حالی که ماه تحت نیروی گرانش زمین به دور زمین می‌چرخد. سرانجام نیوتن این نیرو را گرانش نامید و مشخص‌کرد که نیروهای گرانشی میان همهٔ اجرام وجود دارد.[۶۰]

مقدار گرانش زمین ثابت نیست و همراه با امتداد سطح زمین، ارتفاع زمین و حتی زمان تغییر می‌کند، اما برای سادگی از گرانش استاندار زمین استفاده می‌شود. گرانش استاندارد زمین برابر با ۹/۸۰۶۶۵ متر بر مجذور ثانیه (m/s۲) یا ۳۲/۱۷۴۰ فوت بر مجذور ثانیه (ft/s۲) است. این مقدار، گرانش متوسط در °۴۵ عرض جغرافیایی در سطح دریاست و در محاسبات مهندسی نیز استفاده می‌شود. مقدار گرانش در سطح زمین به دلایلی متفاوت است

چرخش زمین: چرخش زمین نیرویی را که پا احساس می‌کند، کاهش می‌دهد. بنابراین، انسان احساس می‌کند که در خط استوا سبک‌تر از قطب‌های زمین است. چرخش زمین حدود ۰٫۰۳± متر بر مجذور ثانیه بر گرانش اثر می‌گذارد.

ارتفاع از سطح دریا: در ارتفاعات بالاتر، چون اجسام دورتر از مرکز زمین هستند، گرانش زمین بر آن‌ها کمتر است؛ به طوری که در ارتفاع حدود ۱٬۰۰۰ متر، گرانش زمین بر اجسام حدود ۰٫۰۰۰۱ متر بر مجور ثانیه کاهش می‌یابد.

تفاوت جرم: گرانش تابع جرم است و چون توده هوا یکنواخت نیست، گرانش نیز متغیر است. اندازه‌گیری‌های انجام‌شده‌شان می‌دهد که جرم حدود ۰٫۰۰۰۶± متر بر مجور ثانیه بر مقدار گرانش (نسبت به وزن طبیعی) اثر می‌گذارد.

جزر و مد: تغییرات جزر و مدی (با توجه به کشش گرانشی خورشید و ماه) منجر به تغییر حدود ۰٫۰۰۰۰۰۳± متر بر مجور ثانیه در گرانش می‌شود

دما و فشار زمین
با افزایش ژرفای زمین، دما و فشار زمین نیز افزایش می‌یابد.[۶۲] به طوری که با افزایش یک کیلومتر ژرفای زمین، دما °۲۵ سانتی‌گراد و فشار حدود ۲۵ اتمسفر[پ] افزایش می‌یابد.[۶۳] عامل این افزایش فشار و دما، وزن لایه‌های زمین است و فشار و دما حالت لایه‌های زمین را مشخص می‌کند.[۶۴]

در نزدیکی سطح زمین، فشار و دما کم است. برآورد شده‌است که دمای مرکز زمین حدود °۴٬۰۰۰ تا °۷٬۰۰۰ سانتی‌گراد و به اندازهٔ دمای سطح خورشید است. در این دما، سنگ و آهن به صورت جامد باقی می‌مانند. در ژرفای ۵۰ کیلومتری، میزان فشار نزدیک به ۲۰۰٬۰۰۰ پوند بر اینچ مربع است. در حالی که میزان فشار معمولی در لاستیک خودروها، حدود ۳۵ پوند بر اینچ مربع است. قراردادن فشار ۲۰۰٬۰۰۰ پوند بر اینچ مربع در لاستیک خودرو، موجب ترکیدن لاستیک و تبدیل آن به قطعات بسیار کوچک می‌شود.[۶۵] در پوسته، صفحات زمین‌ساختی معمولاً به صورت هموار حرکت می‌کنند، اما گاهی اوقات به یک‌دیگر برخورد می‌کنند و فشار حاصل می‌شود و زمین‌لرزه روی می‌دهد



جرم، حجم و چگالی زمین

جرم زمین برابر با ۵٬۹۷۲٬۱۹۰٬۰۰۰٬۰۰۰٬۰۰۰٬۰۰۰٬۰۰۰٬۰۰۰ کیلوگرم و با نماد علمی ۱۰۲۴×۵٬۹۷۲۲ کیلوگرم است.[۲۸] زمین تنها جرم بخشی از اجرام دیگر منظومهٔ شمسی را دارد؛ برای نمونه، جرم خورشید ۳۳۳٬۰۰۰ بار و جرم سیارهٔ برجیس ۳۱۸ بار بیشتر از زمین است. اجرام دیگری نیز در منظومهٔ شمسی وجود دارند که بخشی از جرم زمین را دارند؛ برای نمونه، سیارهٔ بهرام تنها ۱۱ درصد جرم زمین را دارد

حجم زمین برابر با ۱٬۰۸۳٬۲۰۶٬۹۱۶٬۸۴۶ کیلومتر مربع (۲۵۹٬۸۷۵٬۱۵۹٬۵۳۲ مایل مربع) و با نماد علمی ۱۰۱۲×۱٫۰۸۳۲۱ کیلومتر مربع است.[۲۸] زمین بزرگ‌ترین سیاره از میان چهار سیارهٔ درونی است؛ هر چند که در مقایسه با غول‌های گازی بسیار کوچک است. سیارهٔ تیر کوچک‌ترین سیارهٔ منظومهٔ شمسی است و حجم آن برابر با ۵/۴ درصد حجم زمین است. حجم سیارهٔ ناهید برابر با ۸۶ درصد حجم زمین است و حجم این سیاره بیش از هر سیارهٔ دیگری به زمین نزدیک است. حجم سیارهٔ بهرام برابر با ۱۵ درصد حجم زمین است و می‌توان بیش از شش سیاره به اندازهٔ مریخ را درون زمین جای‌داد. سیارهٔ برجیس بزرگترین سیارهٔ منظومهٔ شمسی است و می‌توان ۱۳۲۱ سیاره به اندازهٔ زمین را درون آن جای‌داد. سیارهٔ کیوان نیز دومین سیارهٔ بزرگ منظومهٔ شمسی است و می‌توان ۷۶۴ سیاره به اندازهٔ زمین را درون آن جای داد.[۶۸]

چگالی زمین برابر با ۵٫۵۱۳ گرم بر سانتی‌متر مکعب است.[۲۸] این عدد، چگالی متوسط همهٔ مواد در زمین است و این سیاره چگال‌ترین سیاره در منظومهٔ شمسی است. اگر فشرده‌سازی گرانشی که عامل چگال‌بودن زمین است، وجود نداشت، سیارهٔ تیر که دومین سیارهٔ چگال منظومهٔ شمسی است، چگال‌ترین سیارهٔ این منظومه می‌شد. چگالی زمین با تقسیم جرم زمین بر حجم آن محاسبه و سپس از کیلوگرم بر کیلومتر (kg/km) به گرم بر سانتی‌متر (g/cm) ساده می‌شود