Zwaartekracht is een behoorlijk geweldige fundamentele kracht. Als het niet om de comfortabele aarde ging 1 g, waardoor objecten met een snelheid van 9,8 m / s² naar de aarde vallen, zweven we allemaal de ruimte in. En zonder dat zouden alle terrestrische soorten langzaam verwelken en sterven terwijl onze spieren degenereerden, onze botten broos en zwak werden en onze organen niet meer goed functioneerden.
Men kan dus zonder overdrijven zeggen dat de zwaartekracht niet alleen een feit is op aarde hier, maar een voorwaarde daarvoor. Omdat mensen echter van plan zijn om van deze rots af te komen - om als het ware te ontsnappen aan de "norse banden van de aarde" - is het noodzakelijk om de zwaartekracht van de aarde te begrijpen en wat er nodig is om eraan te ontsnappen. Dus hoe sterk is de zwaartekracht van de aarde?
Definitie:
Om het af te breken, is zwaartekracht een natuurlijk fenomeen waarbij alle dingen die massa bezitten naar elkaar toe worden gebracht - dat wil zeggen asteroïden, planeten, sterren, sterrenstelsels, superclusters, enz. Hoe meer massa een object heeft, hoe meer zwaartekracht het zal uitoefenen op objecten eromheen. De zwaartekracht van een object is ook afhankelijk van de afstand - d.w.z. de hoeveelheid die het op een object uitoefent, neemt af met een grotere afstand.
Zwaartekracht is ook een van de vier fundamentele krachten die alle interacties in de natuur beheersen (samen met zwakke kernkracht, sterke kernkracht en elektromagnetisme). Van deze krachten is de zwaartekracht de zwakste, namelijk ongeveer 1038 keer zwakker dan de sterke kernkracht, 1036 keer zwakker dan de elektromagnetische kracht en 1029 keer zwakker dan de zwakke kernkracht.
Als gevolg hiervan heeft de zwaartekracht een verwaarloosbare invloed op de materie op de kleinste schaal (d.w.z. subatomaire deeltjes). Op macroscopisch niveau - dat van planeten, sterren, sterrenstelsels, enz. - is zwaartekracht echter de dominante kracht die de interacties van materie beïnvloedt. Het veroorzaakt de vorming, vorm en baan van astronomische lichamen en regelt astronomisch gedrag. Het speelde ook een grote rol in de evolutie van het vroege heelal.
Het was verantwoordelijk voor het samenklonteren van materie tot gaswolken die door de zwaartekracht ineenstortten en de eerste sterren vormden - die vervolgens werden samengetrokken om de eerste sterrenstelsels te vormen. En binnen individuele sterrenstelsels zorgde het ervoor dat stof en gas samensmolten om de planeten te vormen. Het regelt ook de banen van de planeten rond sterren, van manen rond planeten, de rotatie van sterren rond het centrum van hun melkwegstelsel en de versmelting van sterrenstelsels.
Universele zwaartekracht en relativiteit:
Omdat energie en massa gelijkwaardig zijn, veroorzaken alle vormen van energie, inclusief licht, ook zwaartekracht en worden daardoor beïnvloed. Dit komt overeen met Einsteins algemene relativiteitstheorie, die het beste middel blijft om het gedrag van de zwaartekracht te beschrijven. Volgens deze theorie is zwaartekracht geen kracht, maar een gevolg van de kromming van de ruimtetijd veroorzaakt door de ongelijke verdeling van massa / energie.
Het meest extreme voorbeeld van deze kromming van de ruimtetijd is een zwart gat, waaruit niets kan ontsnappen. Zwarte gaten zijn meestal het product van een superzware ster die supernova is geworden, en een wit dwergrestant achterlaat met zoveel massa dat de ontsnappingssnelheid groter is dan de lichtsnelheid. Een toename van de zwaartekracht resulteert ook in zwaartekracht-tijddilatatie, waarbij het verstrijken van de tijd langzamer verloopt.
Voor de meeste toepassingen wordt zwaartekracht echter het best verklaard door de Wet van Universele Zwaartekracht van Newton, die stelt dat zwaartekracht bestaat als aantrekkingskracht tussen twee lichamen. De kracht van deze aantrekkingskracht kan wiskundig worden berekend, waarbij de aantrekkingskracht krachtig recht evenredig is met het product van hun massa en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tussen hen.
Zwaartekracht van de aarde:
Op aarde geeft zwaartekracht gewicht aan fysieke objecten en veroorzaakt het getijden in de oceaan. De zwaartekracht van de aarde is het resultaat van de massa en dichtheid van de planeten - 5,97237 × 1024 kg (1.31668 × 1025 lbs) en 5,514 g / cm3respectievelijk. Dit resulteert erin dat de aarde een zwaartekrachtsterkte heeft van 9,8 m / s² dicht bij het oppervlak (ook bekend als 1 g), die op natuurlijke wijze afneemt hoe verder weg van het oppervlak.
Bovendien verandert de zwaartekracht op aarde eigenlijk, afhankelijk van waar je erop staat. De eerste reden is omdat de aarde draait. Dit betekent dat de zwaartekracht van de aarde bij de evenaar 9,789 m / s is2, terwijl de zwaartekracht aan de polen 9,832 m / s is2. Met andere woorden, je weegt meer aan de polen dan aan de evenaar vanwege deze middelpuntzoekende kracht, maar slechts iets meer.
Ten slotte kan de zwaartekracht veranderen, afhankelijk van wat zich onder de aarde onder je bevindt. Hogere massaconcentraties, zoals stenen of mineralen met een hoge dichtheid, kunnen de zwaartekracht die u voelt veranderen. Maar dit bedrag is natuurlijk te klein om merkbaar te zijn. NASA-missies hebben het zwaartekrachtveld van de aarde met een ongelooflijke nauwkeurigheid in kaart gebracht en variaties in sterkte laten zien, afhankelijk van de locatie.
De zwaartekracht neemt ook af met de hoogte, omdat je verder weg bent van het middelpunt van de aarde. De afname in kracht van klimmen naar de top van een berg is vrij minimaal (0,28% minder zwaartekracht op de top van de Mount Everest), maar als je hoog genoeg bent om het International Space Station (ISS) te bereiken, zou je 90% ervaren van de zwaartekracht die je op het oppervlak zou voelen.
Omdat het station zich echter in een vrije val bevindt (en ook in het vacuüm van de ruimte), kunnen objecten en astronauten aan boord van het ISS rondzweven. Omdat alles aan boord van het station in dezelfde mate naar de aarde valt, hebben degenen aan boord van het ISS het gevoel gewichtloos te zijn - ook al wegen ze nog steeds ongeveer 90% van wat ze op het aardoppervlak zouden hebben.
De zwaartekracht van de aarde is ook verantwoordelijk voor het feit dat onze planeet een "ontsnappingssnelheid" heeft van 11,186 km / s (of 6,951 mi / s). Dit betekent in wezen dat een raket deze snelheid moet bereiken voordat hij kan hopen los te breken van de zwaartekracht van de aarde en de ruimte te bereiken. En bij de meeste raketlanceringen is het grootste deel van hun stuwkracht alleen aan deze taak gewijd.
Vanwege het verschil tussen de zwaartekracht van de aarde en de zwaartekracht op andere lichamen - zoals de maan (1,62 m / s²; 0,1654g) en Mars (3.711 m / s²; 0,376 g) - wetenschappers zijn onzeker wat de effecten zouden zijn voor astronauten die op lange termijn naar deze lichamen gaan.
Hoewel studies hebben aangetoond dat langdurige missies in microzwaartekracht (dwz op het ISS) een nadelig effect hebben op de gezondheid van astronauten (inclusief verlies van botdichtheid, spierdegeneratie, schade aan organen en gezichtsvermogen), zijn er geen studies uitgevoerd naar de effecten van omgevingen met een lagere zwaartekracht. Maar gezien de vele voorstellen die zijn gedaan om terug te keren naar de maan, en NASA's voorgestelde "Journey to Mars", zou die informatie binnenkort moeten komen!
Als aardse wezens zijn wij mensen zowel gezegend als vervloekt door de kracht van de zwaartekracht van de aarde. Enerzijds maakt het de toegang tot de ruimte nogal moeilijk en duur. Aan de andere kant zorgt het voor onze gezondheid, aangezien onze soort het product is van miljarden jaren aan soortenevolutie die plaatsvond in een 1 g milieu.
Als we ooit hopen een echt ruimtevarende en interplanetaire soort te worden, kunnen we beter uitvinden hoe we omgaan met microzwaartekracht en lagere zwaartekracht. Anders zal niemand van ons waarschijnlijk heel lang van de wereld verdwijnen!
We hebben veel artikelen geschreven over het Earth for Space Magazine. Hier komt waar de zwaartekracht vandaan komt?, Wie heeft de zwaartekracht ontdekt? Waarom is de aarde rond? .
Wilt u meer bronnen op aarde? Hier is een link naar NASA's Human Spaceflight-pagina en hier is NASA's Visible Earth.
We hebben ook een aflevering van Astronomy Cast about Earth opgenomen, als onderdeel van onze tour door het zonnestelsel - Aflevering 51: Earth en Aflevering 318: Escape Velocity.
Bronnen:
- Wikipedia - Zwaartekracht
- NASA: Space Place - Wat is zwaartekracht eigenlijk?
- NASA - Gravity Probe B: de relativiteitsmissie
