Zwaartekracht is een behoorlijk ontzagwekkende fundamentele kracht. Als het niet voor de comfortabele 1 g van de aarde was, waardoor objecten met een snelheid van 9,8 m/s² naar de aarde vallen, we zouden allemaal de ruimte in zweven. En zonder dat, alle aardse soorten zouden langzaam verwelken en sterven als onze spieren degenereerden, onze botten werden broos en zwak, en onze organen stopten met goed te functioneren.

Dus men kan zonder overdrijving zeggen dat zwaartekracht niet alleen een feit is van het leven hier op aarde, maar een voorwaarde daarvoor. Echter, aangezien mensen van plan lijken om van deze rots af te komen - ontsnappen aan de "norse banden van de aarde", als het ware - begrijpen van de zwaartekracht van de aarde en wat er nodig is om eraan te ontsnappen is noodzakelijk. Dus hoe sterk is de zwaartekracht van de aarde?

Definitie

Om het af te breken, zwaartekracht is een natuurlijk fenomeen waarbij alle dingen die massa bezitten naar elkaar toe worden gebracht - d.w.z. asteroïden, planeten, sterren, sterrenstelsels, superclusters, etc. 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 naarmate de afstand groter wordt.

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 zwaartekracht is het zwakst, ongeveer 1038 keer zwakker zijn dan de sterke kernkracht, 10 ³⁶ keer zwakker dan de elektromagnetische kracht en 10 ²⁹ keer zwakker dan de zwakke kernkracht.

Als gevolg hiervan, zwaartekracht heeft een verwaarloosbare invloed op materie op de kleinste schaal (d.w.z. subatomaire deeltjes). Echter, op macroscopisch niveau – dat van planeten, sterren, sterrenstelsels, enz. - zwaartekracht is 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 belangrijke rol in de evolutie van het vroege heelal.

Het was verantwoordelijk voor het samenklonteren van materie om gaswolken te vormen die door de zwaartekracht instortten, vormen de eerste sterren - die vervolgens werden samengetrokken om de eerste sterrenstelsels te vormen. En binnen individuele sterrenstelsels, het zorgde ervoor dat stof en gas samenvloeiden 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 het samensmelten van sterrenstelsels.

Universele zwaartekracht en relativiteit

Aangezien energie en massa equivalent zijn, alle vormen van energie, inclusief licht, veroorzaken ook zwaartekracht en zijn er onder invloed van. Dit komt overeen met de algemene relativiteitstheorie van Einstein, dat blijft de beste manier om het gedrag van de zwaartekracht te beschrijven. Volgens deze theorie is zwaartekracht is 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 ruimtetijd is een zwart gat, waaruit niets kan ontsnappen. Zwarte gaten zijn meestal het product van een superzware ster die supernova is geworden, een restant van een witte dwerg achterlatend dat zoveel massa heeft, zijn ontsnappingssnelheid is groter dan de lichtsnelheid. Een toename van de zwaartekracht resulteert ook in gravitatietijddilatatie, waar het verstrijken van de tijd langzamer verloopt.

Voor de meeste toepassingen echter, zwaartekracht wordt het best verklaard door Newtons wet van universele zwaartekracht, waarin staat dat zwaartekracht bestaat als een aantrekkingskracht tussen twee lichamen. De kracht van deze aantrekkingskracht kan wiskundig worden berekend, waarbij de aantrekkingskracht recht evenredig is met het product van hun massa's en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand ertussen.

De zwaartekracht van de aarde

Op aarde, zwaartekracht geeft gewicht aan fysieke objecten en veroorzaakt de oceaangetijden. De zwaartekracht van de aarde is het resultaat van de massa en dichtheid van de planeten - 5.97237 × 10 ²⁴ kg (1.31668×10 ²⁵ lbs) en 5.514 g/cm ³ , respectievelijk. Dit resulteert in de aarde met een zwaartekracht van 9,8 m/s² dicht bij het oppervlak (ook bekend als 1 g), die van nature afneemt naarmate men zich verder van het oppervlak bevindt.

In aanvulling, de zwaartekracht op aarde verandert eigenlijk afhankelijk van waar je erop staat. De eerste reden is dat de aarde draait. Dit betekent dat de zwaartekracht van de aarde op de evenaar 9,789 m/s is ² , terwijl de zwaartekracht aan de polen 9,832 m/s is ² . Met andere woorden, je weegt meer aan de polen dan aan de evenaar vanwege deze middelpuntzoekende kracht, maar net iets meer.

Eindelijk, de zwaartekracht kan veranderen afhankelijk van wat zich onder de aarde onder je bevindt. Hogere concentraties van massa, zoals gesteenten of mineralen met een hoge dichtheid kunnen de zwaartekracht die je voelt veranderen. Maar natuurlijk, dit bedrag is te gering om merkbaar te zijn. NASA-missies hebben het zwaartekrachtveld van de aarde met ongelooflijke nauwkeurigheid in kaart gebracht, met variaties in zijn kracht, afhankelijk van de locatie.

De zwaartekracht neemt ook af met de hoogte, omdat je verder weg bent van het centrum van de aarde. De afname in kracht van het 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, je zou 90% van de zwaartekracht ervaren die je op het oppervlak zou voelen.

Echter, aangezien het station zich in een staat van vrije val bevindt (en ook in het vacuüm van de ruimte), kunnen objecten en astronauten aan boord van het ISS rondzweven. In principe, aangezien alles aan boord van het station met dezelfde snelheid naar de aarde daalt, degenen aan boord van het ISS hebben het gevoel gewichtloos te zijn - ook al wegen ze nog steeds ongeveer 90% van wat ze op het aardoppervlak zouden doen.

De zwaartekracht van de aarde is er ook voor verantwoordelijk dat onze planeet een "ontsnappingssnelheid" heeft van 11.186 km/s (of 6.951 mi/s). Eigenlijk, dit betekent dat een raket deze snelheid moet bereiken voordat hij kan hopen los te komen van de zwaartekracht van de aarde en de ruimte te bereiken. En bij de meeste raketlanceringen, het grootste deel van hun stuwkracht is 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; 0,1654 g) en Mars (3,711 m/s²; 0,376 g) – weten wetenschappers niet wat de gevolgen zouden zijn voor astronauten die ging op langdurige missies naar deze instanties.

Hoewel studies hebben aangetoond dat langdurige missies in microzwaartekracht (d.w.z. op het ISS) een nadelig effect hebben op de gezondheid van astronauten (inclusief verlies van botdichtheid, spier degeneratie, schade aan organen en aan het gezichtsvermogen) zijn er geen studies uitgevoerd met betrekking tot de effecten van omgevingen met een lagere zwaartekracht. Maar gezien de vele voorstellen om terug te keren naar de maan, en NASA's voorgestelde "Reis naar Mars", die informatie zou moeten komen!

Als aardse wezens, wij mensen zijn zowel gezegend als vervloekt door de zwaartekracht van de aarde. Aan de ene kant, het maakt het nogal moeilijk en duur om de ruimte in te gaan. Op de andere, het zorgt voor onze gezondheid, aangezien onze soort het product is van miljarden jaren van soortevolutie die plaatsvond in een omgeving van 1 g.

Als we ooit hopen een echt ruimtevarende en interplanetaire soort te worden, we kunnen maar beter uitzoeken hoe we omgaan met microzwaartekracht en lagere zwaartekracht. Anders, niemand van ons zal waarschijnlijk heel lang van de wereld blijven!