science >> Wetenschap >  >> Natuur

Hoe werkt zwaartekracht?

Zwaartekracht houdt de maan waar hij hoort te zijn - in een baan om de aarde. Peepo / Getty Images

Elke keer dat je springt, je ervaart de zwaartekracht. Het trekt je terug naar de grond. Zonder zwaartekracht, je zou wegdrijven in de atmosfeer -- samen met alle andere materie op aarde.

Elke keer dat je een boek laat vallen, zie je de zwaartekracht aan het werk, stap op een weegschaal of gooi een bal in de lucht. Het is zo'n constante aanwezigheid in ons leven, we verwonderen ons zelden over het mysterie ervan -- maar zelfs met verschillende goed ontvangen theorieën die proberen uit te leggen waarom een ​​boek op de grond valt (en in hetzelfde tempo als een kiezelsteen of een bank, op dat), het zijn nog steeds maar theorieën. Het mysterie van de aantrekkingskracht van de zwaartekracht is vrijwel intact.

Dus wat weten we over zwaartekracht? We weten dat het ervoor zorgt dat twee objecten in het universum naar elkaar toe worden getrokken. We weten dat de zwaartekracht hielp bij het vormen van het heelal, dat het de maan in een baan rond de aarde houdt, en dat het kan worden gebruikt voor meer alledaagse toepassingen zoals door zwaartekracht aangedreven motoren of door zwaartekracht aangedreven lampen.

Wat betreft de wetenschap achter de actie, we weten dat Isaac Newton zwaartekracht definieerde als een kracht -- een kracht die alle objecten naar alle andere objecten trekt. We weten dat Albert Einstein zei dat zwaartekracht het resultaat is van de kromming van ruimte-tijd. Deze twee theorieën zijn de meest voorkomende en wijdverbreide (zij het enigszins onvolledige) verklaringen van zwaartekracht.

In dit artikel, we zullen kijken naar Newton's zwaartekrachttheorie, Einsteins zwaartekrachttheorie en we zullen ook een recentere kijk op het fenomeen aanhalen.

Hoewel veel mensen al hadden opgemerkt dat zwaartekracht bestaat, Newton was de eerste die een samenhangende verklaring voor zwaartekracht ontwikkelde, dus we beginnen daar.

De zwaartekracht van Newton

Newton bracht het idee naar voren dat zwaartekracht een voorspelbare kracht was. Zijn cumulatieve werk leverde hem een ​​monument op bij het Griffith Observatory (dat is astronoom William Herschel aan de linkerkant). Stephen Dunn/Getty Images

In de jaren 1600, een Engelse natuurkundige en wiskundige genaamd Isaac Newton zat onder een appelboom - zo vertelt de legende ons. Blijkbaar, er viel een appel op zijn hoofd, en hij begon zich af te vragen waarom de appel überhaupt naar de grond werd aangetrokken.

Newton publiceerde zijn Theory of Universal Gravitation in de jaren 1680. Het zette in feite het idee uiteen dat zwaartekracht een voorspelbare kracht was die op alle materie in het universum inwerkt, en is een functie van zowel massa als afstand. De theorie stelt dat elk deeltje materie elk ander deeltje aantrekt (bijvoorbeeld de deeltjes van "Aarde" en de deeltjes van "jij") met een kracht die recht evenredig is met het product van hun massa's en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tussen hen.

Dus hoe verder de deeltjes uit elkaar staan, en/of hoe minder zwaar de deeltjes, hoe kleiner de zwaartekracht.

De standaardformule voor de wet van de zwaartekracht luidt [bron:UT]:

Zwaartekracht =(G * m1 * m2) / (d2)

Zwaartekracht =(G * m1 * m2) / (d 2 )

waar G is de zwaartekrachtconstante, m1 en m2 zijn de massa's van de twee objecten waarvoor je de kracht berekent, en NS is de afstand tussen de zwaartepunten van de twee massa's.

G heeft de waarde van 6,67 x 10E-8 dyne * cm 2 /gm 2 . Dus als je twee voorwerpen van 1 gram op 1 centimeter van elkaar plaatst, ze zullen elkaar aantrekken met een kracht van 6,67 x 10E-8 dyne. EEN dyne is gelijk aan ongeveer 0,001 gram gewicht, wat betekent dat als je een dyne van kracht beschikbaar hebt, het kan 0,001 gram optillen in het zwaartekrachtveld van de aarde. Dus 6,67 x 10E-8 dyne is een minuscule kracht.

Als je te maken hebt met massieve lichamen zoals de aarde, echter, die een massa heeft van 6E+24 kilogram (zie Hoeveel weegt planeet Aarde?), het komt neer op een vrij krachtige zwaartekracht. Daarom zweef je nu niet in de ruimte.

De zwaartekracht die op een object inwerkt, is ook het gewicht van dat object. Als je op een weegschaal gaat staan, de schaal geeft aan hoeveel zwaartekracht op je lichaam inwerkt. De formule om het gewicht te bepalen is [bron:Kurtus]:

gewicht =m * g

waar m is de massa van een object, en G is de versnelling als gevolg van de zwaartekracht. Versnelling door de zwaartekracht op aarde, is 9,8 m/s² -- het verandert nooit, ongeacht de massa van een object. Daarom, als je een kiezelsteen zou laten vallen, een boek en een bank van een dak, ze zouden tegelijkertijd de grond raken.

Voor honderden jaren, Newtons zwaartekrachttheorie stond vrijwel alleen in de wetenschappelijke gemeenschap. Dat veranderde in het begin van de twintigste eeuw.

De zwaartekracht van Einstein

Albert Einstein noemde zwaartekracht een vervorming in de vorm van ruimte-tijd. Foto door Keystone/Getty Images

Albert Einstein, die in 1921 de Nobelprijs voor Natuurkunde won, bijgedragen aan een alternatieve theorie van de zwaartekracht in de vroege jaren 1900. Het maakte deel uit van zijn beroemde algemene relativiteitstheorie, en het bood een heel andere verklaring dan Newtons wet van universele zwaartekracht. Einstein geloofde helemaal niet dat zwaartekracht een kracht was; hij zei dat het een vervorming was in de vorm van ruimte-tijd, ook wel bekend als "de vierde dimensie" (zie Hoe de speciale relativiteitstheorie werkt om meer te weten te komen over ruimte-tijd).

Basisfysica stelt dat als er geen externe krachten aan het werk zijn, een object zal altijd in de meest rechte lijn reizen. Overeenkomstig, zonder kracht van buitenaf, twee objecten die langs parallelle paden reizen, zullen altijd parallel blijven. Ze zullen elkaar nooit ontmoeten.

Maar het feit is, ze ontmoeten elkaar. Deeltjes die op parallelle paden beginnen, komen soms met elkaar in botsing. Newton's theorie zegt dat dit kan gebeuren door de zwaartekracht, een kracht die die objecten naar elkaar of naar een enkele trekt, derde voorwerp. Einstein zegt ook dat dit gebeurt door de zwaartekracht -- maar in zijn theorie, zwaartekracht is geen kracht. Het is een kromme in ruimte-tijd.

Volgens Einstein, die objecten reizen nog steeds langs de meest rechte lijn, maar door een vervorming in de ruimte-tijd, de meest recht mogelijke lijn is nu langs een bolvormig pad. Dus twee objecten die langs een plat vlak bewogen, bewegen nu langs een bolvormig vlak. En twee rechte paden langs die bol eindigen in één punt.

Nog recentere theorieën over zwaartekracht drukken het fenomeen uit in termen van deeltjes en golven. Eén weergave stelt dat deeltjes genaamd gravitonen ervoor zorgen dat objecten tot elkaar worden aangetrokken. Gravitons zijn nooit echt waargenomen, Hoewel. En geen van beide zwaartekrachtsgolven , soms zwaartekrachtstraling genoemd, die zogenaamd worden gegenereerd wanneer een object wordt versneld door een externe kracht [bron:Scientific American].

Gravitons of geen gravitonen, we weten dat wat omhoog gaat, naar beneden moet komen. Misschien ooit, dan weten we precies waarom. Maar tot dan, we kunnen al tevreden zijn als we weten dat planeet Aarde niet snel de zon in zal razen. De zwaartekracht houdt het veilig in een baan om de aarde.

WetenschapGeofysicaHoe kunnen delen van Canada zwaartekracht 'ontbreken'?WetenschapGeofysicaWat is zwaartekracht?WetenschapGeofysicaWelke geheimen van zwaartekracht zijn de afgelopen 50 jaar ontdekt? Wetenschap WetenschapsvragenWat heeft zwaartekracht te maken met de oerknal? WetenschapDuurzame technologieën thuisHoe door zwaartekracht aangedreven vloerlampen zullen werkenWetenschapGeofysicaWat als er geen zwaartekracht op aarde zou zijn?WetenschapWat alsWat als de aarde vijf seconden lang de zwaartekracht verloor?WetenschapCellulaire en microscopische biologieCheerleaders helpen bij het ontdekken van bacteriën die beter groeien in nul-zwaartekrachtWetenschapRuimtevluchtlightHoe zwaartekrachtvluchten werkenWetenschap werk? Wetenschap Wetenschap VragenWat is anti-zwaartekracht? LifestyleWetenschappelijke projectenWetenschapsprojecten voor kinderen:wetten van zwaartekracht en beweging

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe speciale relativiteit werkt
  • Hoe gewichtloosheid werkt
  • Hoe elektromagneten werken
  • Hoe werkt zwaartekrachthulp met interplanetaire satellieten?
  • Waar gaan kogels heen als geweren recht in de lucht worden afgevuurd?

Meer geweldige links

  • Ruimtetijd buigen in de kelder (hoe het Cavendish-experiment te herhalen om de zwaartekrachtconstante G te berekenen)
  • Science Daily:ontdekking van 'kosmische akkoorden' kan voorspelling van Einsteins theorie ondersteunen -- 22 april 1998
  • Science Digest:'What Goes Up'... is de basis voor een doorbraak - april 1978

bronnen

  • "Einsteins geometrische zwaartekracht." Einstein Online.http://www.aei.mpg.de/einsteinOnline/en/elementary/generalRT/GeomGravity/index.html
  • "Zwaartekracht." Princeton WordNet.http://wordnetweb.princeton.edu/perl/webwn?o2=&o0=1&o7=&o5=&o1=1&o6=&o4=&o3=&s=gravitational+attractie
  • Kurtus, Ron. "Zwaartekracht en de zwaartekracht." Slagen in Physical Science:School for Champions.http://www.school-for-champions.com/science/gravity.htm
  • "Is zwaartekracht een deeltje of een golf?" Wetenschappelijke Amerikaan. 21 oktober 1999.http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=is-gravity-a-particle-or

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Hoe erg is zwarte schimmel,
  2. De structuur en functie van ribosomen in eukaryoten en prokaryoten
  3. Welke oorzaken smeren bij elektroforese?
  4. Wat zijn de vier organische moleculen die in levende wezens worden gevonden?
  5. Je lichaam doneren aan de wetenschap wordt steeds populairder in de VS
  6. Verschil tussen korrel- en agranulaire leukocyten
  7. Hoe worden restrictie-enzymen gebruikt in de biotechnologie?
  8. Waarom hebben de meeste mensen 23 paar chromosomen?
  9. De verschillen tussen fotosynthese en ademhaling

Wetenschap