De zwaartekrachtconstante is de evenredigheidsconstante die wordt gebruikt in de Wet van Universele Zwaartekracht van Newton, en wordt gewoonlijk aangeduid door G. In de meeste teksten zien we het uitgedrukt als:
G = 6.673 × 10-11 N m2 kg-2
Het wordt meestal gebruikt in de vergelijking:
F = (G x m1 x m2) / r2 , waarin
F = zwaartekracht
G = gravitatieconstante
m1 = massa van het eerste object (laten we aannemen dat het van het massieve is)
m2 = massa van het tweede object (laten we aannemen dat het van het kleinere is)
r = de scheiding tussen de twee massa's
Zoals bij alle constanten in de natuurkunde, is de zwaartekrachtconstante een empirische waarde. Dat wil zeggen, het wordt bewezen door een reeks experimenten en daaropvolgende observaties.
Hoewel de gravitatieconstante voor het eerst werd geïntroduceerd door Isaac Newton als onderdeel van zijn populaire publicatie in 1687, de Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, duurde het tot 1798 voordat de constante werd waargenomen in een echt experiment. Wees niet verbaasd. Het is meestal zo in de natuurkunde. De wiskundige voorspellingen gaan normaal gesproken vooraf aan de experimentele bewijzen.
Hoe dan ook, de eerste persoon die het met succes heeft gemeten, was de Engelse fysicus Henry Cavendish, die de zeer kleine kracht tussen twee loodmassa's heeft gemeten met behulp van een zeer gevoelige torsiebalans. Opgemerkt moet worden dat, na Cavendish, hoewel er nauwkeurigere metingen zijn geweest, de verbeteringen op de waarden (d.w.z. waarden dichter bij Newton's G kunnen verkrijgen) niet echt substantieel waren.
Als we naar de waarde van G kijken, zien we dat wanneer we deze vermenigvuldigen met de andere grootheden, dit resulteert in een vrij kleine kracht. Laten we die waarde uitbreiden om u een beter idee te geven van hoe klein deze werkelijk is: 0,00000000006673 Nm2 kg-2
Oké, laten we nu kijken welke kracht twee objecten van 1 kg op elkaar zouden uitoefenen wanneer hun geometrische middelpunten 1 meter van elkaar verwijderd zijn. Dus hoeveel krijgen we?
F = 0.00000000006673 N. Het maakt eigenlijk niet zoveel uit als we beide massa's aanzienlijk vergroten.
Laten we bijvoorbeeld de zwaarste geregistreerde massa van een olifant proberen, 12.000 kg. Ervan uitgaande dat we er twee hebben, op een afstand van 1 meter van hun middelpunten. Ik weet dat het moeilijk voor te stellen is dat olifanten nogal dik zijn, maar laten we gewoon zo doorgaan omdat ik de nadruk wil leggen op de betekenis van G.
Dus hoeveel hebben we gekregen? Zelfs als we dat zouden afronden, zouden we nog steeds slechts 0,01 N verkrijgen. Ter vergelijking: de kracht die de aarde op een appel uitoefent, is ongeveer 1 N. Geen wonder dat we geen aantrekkingskracht voelen als we naast iemand zitten ... tenzij je natuurlijk een man bent en die persoon Megan Fox is (toch zou het veilig zijn om aan te nemen dat de attractie maar op één manier zou zijn).
Daarom is de zwaartekracht alleen merkbaar als we beschouwen dat ten minste één massa zeer massief is, b.v. van een planeet.
Sta me toe deze discussie af te sluiten met nog een wiskundige oefening. Ervan uitgaande dat u zowel uw massa als uw gewicht kent, en u de straal van de aarde kent. Steek die in de vergelijking hierboven en los op voor de andere massa. Voila! Wonder der wonderen, je hebt zojuist de massa van de aarde verkregen.
Je kunt meer lezen over de zwaartekrachtconstante hier in Space Magazine. Wilt u meer weten over een nieuwe studie die constateert dat de fundamentele kracht in de loop van de tijd niet is veranderd? Er zijn ook enkele inzichten die u kunt vinden in de commentaren in dit artikel: Recordbrekende 'Dark Matter Web'-structuren die 270 miljoen lichtjaren in beslag nemen
Er is meer over bij NASA. Hier zijn een paar bronnen:
- Zwaartekracht
- De gewichtsvergelijking
Hier zijn twee afleveringen bij Astronomy Cast die je misschien ook wilt bekijken:
- Zwaartekrachtgolven
- Zwaartekrachtlensing
Bronnen:
- Wikipedia - Gravitational Constant
- NASA - De gewichtsvergelijking
- Physics Classroom - Newton's universele wet van zwaartekracht
