Een natuurkundestudent kan zwaartekracht in de natuurkunde op twee verschillende manieren tegenkomen: als versnelling door zwaartekracht op aarde of andere hemellichamen, of als aantrekkingskracht tussen twee willekeurige objecten in het universum. De zwaartekracht is inderdaad een van de meest fundamentele krachten in de natuur.

Sir Isaac Newton ontwikkelde wetten om beide te beschrijven. De tweede wet van Newton ( F _{net \u003d ma
) is van toepassing op elke netto kracht die op een object inwerkt, inclusief de zwaartekracht die wordt ervaren in de locatie van een groot lichaam, zoals een planeet. Newton's wet van universele zwaartekracht, een omgekeerde kwadratische wet, verklaart de zwaartekracht of aantrekking tussen twee objecten.
Zwaartekracht}

De zwaartekracht ervaren door een object binnen een zwaartekrachtsveld is altijd gericht op de middelpunt van de massa die het veld genereert, zoals het middelpunt van de aarde. Bij afwezigheid van andere krachten kan het worden beschreven met behulp van de Newtoniaanse relatie F _{net \u003d ma
, waarbij F net
de zwaartekracht is in Newton ( N), m
is massa in kilogram (kg) en a
is versnelling door zwaartekracht in m /s ^2.}

Alle objecten in een zwaartekracht veld, zoals alle rotsen op Mars, ervaren dezelfde versnelling naar het midden van het veld
handelend op hun massa.
Dus de enige factor die de zwaartekracht verandert die wordt gevoeld door verschillende objecten op dezelfde planeet is hun massa: hoe meer massa, hoe groter de zwaartekracht en vice versa.

De zwaartekracht is het gewicht in de fysica, hoewel informeel gewicht vaak anders gebruikt.
Versnelling vanwege zwaartekracht

De tweede wet van Newton, F _{net \u003d ma
, laat zien dat een netto kracht ervoor zorgt dat een massa versnelt. Als de netto kracht afkomstig is van de zwaartekracht, wordt deze versnelling versnelling genoemd vanwege de zwaartekracht; voor objecten in de buurt van bepaalde grote lichamen zoals planeten is deze versnelling ongeveer constant, wat betekent dat alle objecten met dezelfde versnelling vallen.}

Aan het aardoppervlak krijgt deze constante zijn eigen speciale variabele: g
. "Little g", zoals g
vaak wordt genoemd, heeft altijd een constante waarde van 9,8 m /s ^{2. (De uitdrukking "kleine g" onderscheidt deze constante van een andere belangrijke zwaartekrachtconstante, G
of "grote G", die van toepassing is op de universele wet van de zwaartekracht.) Elk object dat in de buurt van het aardoppervlak valt naar het centrum van de aarde vallen met een steeds toenemende snelheid, waarbij elke seconde 9,8 m /s sneller gaat dan de seconde ervoor.}

Op aarde, de zwaartekracht op een massa-object m
is:

F <sub>grav \u003d mg

Voorbeeld met zwaartekracht</sub>

Astronauten bereiken een verre planeet en vinden dat het acht keer zoveel kracht kost om hef voorwerpen daar dan op aarde. Wat is de versnelling door zwaartekracht op deze planeet?

Op deze planeet is de zwaartekracht acht keer groter. Omdat de massa van objecten een fundamentele eigenschap van die objecten is, kunnen ze niet veranderen, wat betekent dat de waarde van g
ook acht keer groter moet zijn:

8F _{grav \u003d m (8g)}

De waarde van g
op aarde is 9,8 m /s ^{2, dus 8 × 9,8 m /s 2 \u003d 78,4 m /s 2.
Newton's universele wet van zwaartekracht}

De tweede van Newton's wetten die van toepassing zijn op het begrijpen van zwaartekracht in de fysica, is het resultaat van Newton puzzelen door de bevindingen van een andere natuurkundige. Hij probeerde uit te leggen waarom de planeten van het zonnestelsel elliptische banen hebben in plaats van cirkelvormige banen, zoals waargenomen en wiskundig beschreven door Johannes Kepler in zijn set van gelijknamige wetten.

Newton bepaalde dat de zwaartekrachten tussen de planeten kwamen dichter en verder van elkaar spelen in de beweging van de planeten. Deze planeten bevonden zich in feite in een vrije val. Hij kwantificeerde deze aantrekking in zijn universele wet van zwaartekracht:
F_ {grav} \u003d G \\ frac {m_1m_2} {r ^ 2}

Waar F _{weer _ de zwaartekracht is in Newton (N), _m 1
en m 2
zijn de massa's van het eerste respectievelijk tweede object in kilogram (kg) (bijvoorbeeld de massa van de aarde en de massa van het object in de buurt van de aarde), en d ^{2
is het kwadraat van de afstand tussen hen in meters (m).}}

De variabele G
, "grote G" genoemd, is de universele zwaartekrachtconstante. Het heeft overal in het universum dezelfde waarde. Newton ontdekte de waarde van G niet (Henry Cavendish vond het experimenteel na de dood van Newton), maar hij vond de evenredigheid van kracht tot massa en afstand zonder.

De vergelijking toont twee belangrijke relaties:

1. Hoe zwaarder een van beide objecten is, hoe groter de attractie. Als de maan plotseling twee keer zo massief was als nu, zou de aantrekkingskracht tussen de aarde en de maan verdubbelen.
   
   
2. Hoe dichter de objecten zijn, hoe groter de attractie. Omdat de massa is gerelateerd aan de afstand tussen hen in het kwadraat
   , verviervoudigt de aantrekkingskracht in viervoud telkens wanneer de objecten twee keer zo dicht zijn
   . Als de maan plotseling de halve afstand tot de aarde zou zijn zoals nu, zou de aantrekkingskracht tussen de aarde en de maan vier keer groter zijn.
   
   
   < Newton's theorie is ook bekend als een inverse kwadraatwet vanwege het tweede punt hierboven. Het verklaart waarom de zwaartekracht tussen twee objecten snel afneemt als ze scheiden, veel sneller dan wanneer ze de massa van een of beide veranderen.
   Voorbeeld met Newton's universele wet van zwaartekracht
   

   Wat is de aantrekkingskracht tussen een komeet van 8.000 kg die 70.000 m verwijderd is van een komeet van 200 kg?
   \\ begin {uitgelijnd} F_ {grav} & \u003d 6.674 × 10 ^ {- 11} \\ frac {m ^ 3} {kgs ^ 2} (\\ dfrac {8.000 kg × 200 kg} {70.000 ^ 2}) \\\\ & \u003d 2.18 × 10 ^ {- 14} \\ end {alignment} Albert Einstein's algemene relativiteitstheorie
   

   Newton deed geweldig werk dat de beweging van objecten voorspelt en de zwaartekracht kwantificeert in de jaren 1600. Maar ongeveer 300 jaar later daagde een andere grote geest - Albert Einstein - dit denken uit met een nieuwe manier en een nauwkeurigere manier om de zwaartekracht te begrijpen.
   

   Volgens Einstein is zwaartekracht een vervorming van ruimtetijd
   , het weefsel van het universum zelf. Massale warps-ruimte, zoals een bowlingbal, creëert een inspringing op een laken, en meer massieve objecten zoals sterren of zwarte gaten verdraaien ruimte met effecten die gemakkelijk in een telescoop worden waargenomen - het buigen van licht of een verandering in beweging van objecten dichtbij die massa's .

   Einsteins algemene relativiteitstheorie bewees zich beroemd door uit te leggen waarom Mercury, de kleine planeet die het dichtst bij de zon in ons zonnestelsel zit, een baan heeft met een meetbaar verschil met wat wordt voorspeld door de wetten van Newton.
   

   Hoewel de algemene relativiteitstheorie nauwkeuriger is bij het verklaren van de zwaartekracht dan de wetten van Newton, is het verschil in berekeningen met een van beide grotendeels merkbaar op "relativistische" schalen - kijkend naar extreem massieve objecten in de kosmos, of een bijna-lichtsnelheid . Daarom blijven de Wetten van Newton vandaag nuttig en relevant bij het beschrijven van veel situaties uit de praktijk die de gemiddelde mens waarschijnlijk zal tegenkomen. Deze wet is van toepassing op alles in het universum met een massa! Twee deeltjes trekken elkaar aan, net als twee sterrenstelsels. Natuurlijk, op voldoende grote afstanden, wordt de attractie zo klein dat het effectief nul is.
   

   Gezien hoe belangrijk de zwaartekracht is om te beschrijven hoe alle materie op elkaar inwerkt, zijn de informele Engelse definities van > zwaartekracht
   (volgens Oxford: "extreem of alarmerend belang; ernst") of gravitas
   ("waardigheid, ernst of plechtigheid van wijze") krijgen een extra betekenis. Dat gezegd hebbende, wanneer iemand verwijst naar de 'ernst van een situatie', kan een natuurkundige misschien nog steeds opheldering nodig hebben: bedoelen ze in termen van grote G of kleine g?