Przyspieszenie, jakie uzyskuje obiekt na skutek działania siły grawitacji, nazywamy przyspieszeniem ziemskim. Jego jednostką w układzie SI jest m/s2. Przyspieszenie grawitacyjne jest wektorem, co oznacza, że ma zarówno wielkość jak i kierunek. Przyspieszenie ziemskie na powierzchni Ziemi oznaczane jest literą g. Jego standardowa wartość wynosi 9,80665 m/s2 (32,1740 ft/s2). Jednakże rzeczywiste przyspieszenie ciała w spadku swobodnym zmienia się w zależności od położenia.

Przyspieszenie ziemskie (w skrócie g) to przyspieszenie, jakie nadaje masywna kula (np. Ziemia) ciału pod wpływem siły grawitacji. W przybliżeniu dla punktu oddalonego o odległość r od środka masy Ziemi można je opisać wzorem Newtona:

g = GM / r2,

gdzie G to stała grawitacyjna, natomiast M to masa Ziemi. Na powierzchni Ziemi ten przybliżony wzór prowadzi do wartości rzędu kilku metrów na sekundę kwadrat (dokładniej: średnio 9,80665 m/s2 — tzw. standardowe przyspieszenie ziemskie).

Dlaczego g się zmienia?

  • Szerokość geograficzna: Z powodu obrotu Ziemi działanie siły odśrodkowej zmniejsza efektywne przyspieszenie na równiku bardziej niż na biegunach. Ponadto Ziemia nie jest idealną kulą — jest spłaszczona na biegunach (oblate spheroid). W rezultacie g jest najmniejsze na równiku (~9,780 m/s2) i największe na biegunach (~9,832 m/s2). International Gravity Formula (Somigliana) daje przybliżoną zależność od szerokości φ: g(φ) ≈ 9.780327 · (1 + 0.0053024·sin2φ − 0.0000058·sin2 2φ) m/s2.
  • Wysokość nad poziomem morza: Przy oddalaniu się od środka Ziemi natężenie g maleje zgodnie z zależnością ~1/(R+h)2. W przybliżeniu g zmienia się o około −3,1·10−6 m/s2 na każdy metr w górę (czyli ~3,1 μm/s2 na metr).
  • Lokalne anomalia masy: Nieregularny rozkład gęstości skał (np. góry, zagłębienia, zmiany geologiczne) powoduje lokalne odchylenia przyspieszenia ziemskiego (anomalie grawimetryczne), które mierzy się przy pomocy grawimetrów.
  • Efekty pływowe i czasowe: Oddziaływanie Księżyca i Słońca wywołuje niewielkie zmiany pola g (pływy grawitacyjne). Ponadto warunki atmosferyczne i hydrologiczne (np. masa lodu, poziom wód gruntowych) mogą powodować drobne czasowe zmiany.
  • Efekty relatywistyczne: Bardzo małe korekty wynikające z ogólnej teorii względności są istotne przy precyzyjnych pomiarach, ale w codziennych zastosowaniach pomijalne.

Pomiary i jednostki

  • Jednostka w układzie SI: m/s2. W geodezji stosuje się też jednostkę Gal (1 Gal = 1 cm/s2 = 0,01 m/s2). Drobne zmiany wyraża się w mGal (10−3 Gal) lub μGal (10−6 Gal).
  • Metody pomiaru: absolutne grawimetry (np. interferometryczne pomiary swobodnego spadku masy) dostarczają bezwzględnej wartości g; relatywne grawimetry porównują lokalne odchylenia względem punktu referencyjnego.

Zastosowania i znaczenie

  • W inżynierii i fizyce wartość g używa się do obliczania sił bezwładności, ciężaru (F = m·g) oraz w analizie ruchu ciał w polu grawitacyjnym.
  • W lotnictwie i medycynie (np. przeciążenia przy katapulcie, testy astronautów) przyjmuje się wielokrotności g jako jednostkę opisującą przeciążenia (np. 3 g, −1 g itd.).
  • W geofizyce pomiary g służą do wykrywania struktur geologicznych, poszukiwań surowców i monitorowania zmian masy (np. topnienie lodu).

Podsumowując: standardowe przyspieszenie ziemskie wynosi formalnie 9,80665 m/s2, ale rzeczywista wartość w danym miejscu zależy od szerokości geograficznej, wysokości, lokalnych różnic gęstości i innych czynników. Dla zastosowań praktycznych wykorzystuje się modele i pomiary, które uwzględniają te zmienności.