Hier op de lichtblauwe stip die we thuis noemen, is de zwaartekracht iets dat we allemaal elke seconde van de dag ervaren. En we zijn ons er veel bewuster van dankzij de wet van Newton van de universele zwaartekracht .

‘Zwaartekracht is de lijm die ervoor zorgt dat diffuse materie tussen de sterren langzaam instort en nieuwe waterstoffusiemachines (ook wel sterren genoemd) vormen’, zegt astrofysicus Cara Battersby van de Universiteit van Connecticut. "Het is de lijm die sterrenstelsels samenbindt en ervoor zorgt dat onze eigen aarde elk jaar rond de zon draait."

De zwaartekracht was ook de hoofdrolspeler in het beroemde 'appel'-verhaal van Sir Isaac Newton. Op een dag was Newton in Lincolnshire, Engeland, aan het rondhangen toen hij een appel uit een boom zag vallen, althans dat beweerde hij. De komende jaren zou hij veel kennissen – zoals Voltaire en biograaf William Stukeley – vertellen dat zijn geweldige geschriften over de aard van de zwaartekracht geïnspireerd waren door deze alledaagse kleine gebeurtenis.

Zo werd de basis gelegd voor de wet van Newton van de universele zwaartekracht – centraal daarin staat een fenomeen dat de universele zwaartekrachtconstante wordt genoemd, ook bekend als:‘Big G’ of gewoon ‘G’. In dit artikel onderzoeken we de universele wet van Newton, de conflicten voorgesteld door de theorie van Albert Einstein, en de zwaartekracht zelf.

1. De oorsprong van Newtons wet van universele zwaartekracht
2. Universele zwaartekrachtconstante:de vergelijking
3. De precieze waarde van zwaartekracht
4. Newton versus Einstein over zwaartekracht

De oorsprong van Newtons wet van universele zwaartekracht

Er is in de herinnering van Newton veel over die dreigende appel gezegd. Hoewel de beroemde natuurkundige Stukeley deze anekdote tientallen jaren nadat deze zich zou hebben voorgedaan, vertelde, hebben veel academici het verhaal in twijfel getrokken. Hoe dan ook, de ware intrige van de universele wet van Newton is niet of de appel hem wel of niet heeft geraakt, maar dat de kracht die op de appel inwerkte hem recht naar beneden bracht.

Zoals Newtons assistent John Conduitt schreef:

Universele zwaartekrachtconstante:de vergelijking

Het eerste is eerst. Voordat we de Big G aanpakken, moeten we een stapje terug doen en de universele zwaartekrachtvergelijking van de wet van Newton uitleggen. Deze vergelijking heeft nog steeds enorme gevolgen voor de manier waarop we naar het zwaartekrachtveld kijken dat ons vasthoudt aan het aardoppervlak.

Zoals Katie Mack – een astrofysicus en auteur van 'The End of Everything (Astrophysically Speaking)' – via e-mail zegt:zwaartekracht is 'het mechanisme waarmee dingen die massa hebben, tot elkaar worden aangetrokken'. Newton was de eerste die duidelijk maakte dat objecten zwaartekrachtsinvloeden uitoefenen.

Newton besefte de kracht van deze zwaartekracht tussen een gegeven reeks objecten hangt af van (a) hoe zwaar ze zijn en (b) hoe ver ze uit elkaar liggen. De inverse kwadratenwet is hierbij een sleutelprincipe, waarbij de uitgeoefende zwaartekracht omgekeerd evenredig is met de afstand tussen objecten. Het is een dynamiek die zijn Wet van Universele Zwaartekracht in wiskundige termen omzet.

Hier is de relevante vergelijking:

De "F" staat voor de "zwaartekracht"; "m1" betekent de massa van het eerste object; "m2" geeft de massa van het tweede object aan; en "r2" is een afkorting voor de afstand in het kwadraat tussen de massamiddelpunten binnen object één en object twee. En de "G"? Nou vrienden, dat is de Grote G:de zwaartekrachtconstante.

De precieze waarde van zwaartekracht

"Voor elke twee massa's, of het nu bowlingballen of planeten zijn, wordt de zwaartekracht daartussen bepaald door hun massa, hun afstand en het getal G", zegt Mack. Dankzij experimenten uitgevoerd door Henry Cavendish in de jaren 1790 weten we nu dat de zwaartekrachtconstante een numerieke waarde heeft van ongeveer 6,67 x 10 ^-11 Newton (m2/kg2).

In deze context verwijst de term "Newtons" naar een meeteenheid. Eén Newton is de hoeveelheid kracht die je nodig hebt om iets met een massa van 1 kilogram bij een snelheid van 1 meter per seconde te versnellen. (Net als Anders Celsius en Charles F. Richter verdiende Sir Isaac Newton een plaats op de geroemde lijst van wetenschappers naar wie eenheden naar hen vernoemd zijn.)

Newton versus Einstein over zwaartekracht

Er is een nuancelaag die we hier moeten erkennen. Zie je, de wet van de universele zwaartekrachtconstante klopt niet helemaal zo "universeel" zoals de naam aangeeft. Volgens Battersby is “ons klassieke beeld van de zwaartekracht” – dat Newton in de 17e eeuw formuleerde – “een nauwkeurige benadering van de realiteit van de natuurkunde op de meeste plaatsen in het hele universum (zeker op aarde).”

‘Maar’, voegt ze eraan toe, ‘is deze theorie achterhaald door Einsteins algemene relativiteitstheorie, die een verbetering is ten opzichte van de ‘Newtoniaanse zwaartekracht’, die stelt dat materie de ruimte-tijd zelf vervormt (zoals een zware bal een kuiltje in een rubberen oppervlak creëert). blad)."

Dat brengt ons bij zwarte gaten. Zwarte gaten kunnen meer dan een miljoen keer zwaarder worden dan onze zon en beïnvloeden de zwaartekracht op manieren die de wet van Newton gewoon niet kan verklaren. Het is aangetoond dat de algemene relativiteitstheorie hierover nauwkeurigere voorspellingen doet.

"Je moet beginnen met het aanbrengen van correcties voor het feit dat Newtons beschrijving van de zwaartekracht niet precies werkt voor extreem sterke zwaartekracht of zeer snelle bewegingen", zegt Mack. ‘In die gevallen moeten we overschakelen naar Einsteins beeld van de zwaartekracht… Maar zolang je niet naar een van die extreme gevallen kijkt, is de vergelijking die Isaac Newton in 1686 opschreef voor wat hij ‘de wet van de zwaartekracht’ noemde 'Universele Zwaartekracht' is werkelijk universeel."

HowStuffWorks kan een kleine commissie verdienen via partnerlinks in dit artikel.

Dat is interessant

Het verhaal van Sir Isaac Newton over de appelboom zou op waarheid kunnen berusten. Hoe dan ook, de bewering dat hij door een vallende vrucht op zijn hoofd werd geraakt, wordt als een moderne versiering beschouwd.

Veel beantwoorde vragen

Wat is 9,8 ms2?

Het is de versnelling als gevolg van de zwaartekracht.