Zwaartekracht is een behoorlijk ontzagwekkende fundamentele kracht. Als het niet voor de comfortabele aarde wasG, waardoor objecten met een snelheid van 9,8 m/s² naar de aarde vallen, zouden we allemaal de ruimte in drijven. En zonder dat zouden alle aardse soorten langzaam verwelken en sterven als onze spieren degenereerden, onze botten broos en zwak werden en onze organen niet meer goed functioneerden.
Men kan dus zonder overdrijving zeggen dat zwaartekracht niet alleen een feit van het leven hier op aarde is, maar een voorwaarde daarvoor. Omdat mensen echter van plan lijken om van deze rots af te komen - als het ware ontsnappen aan de 'norse banden van de aarde', is het noodzakelijk om de zwaartekracht van de aarde te begrijpen en wat er nodig is om eraan te ontsnappen. Dus hoe sterk is de zwaartekracht van de aarde?
Definitie:
Om het op te splitsen, zwaartekracht is een natuurlijk fenomeen waarbij alle dingen die massa hebben naar elkaar toe worden gebracht - dwz asteroïden, planeten, sterren, sterrenstelsels, superclusters, enz. Hoe meer massa een object heeft, hoe meer zwaartekracht het zal uitoefenen op voorwerpen 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.
Artistieke impressie van het effect dat de zwaartekracht van de aarde heeft op de ruimtetijd. Krediet: NASA
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 is de zwaartekracht de zwakste, ongeveer 1038keer zwakker dan de sterke kernkracht, 1036keer zwakker dan de elektromagnetische kracht en 1029keer zwakker dan de zwakke kernkracht.
Als gevolg hiervan heeft de zwaartekracht een verwaarloosbare invloed op materie op de kleinste schaal (d.w.z. subatomaire deeltjes). Op macroscopisch niveau - dat van planeten, sterren, sterrenstelsels, enz. - is zwaartekracht echter 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 en de eerste sterren vormden - die vervolgens samen werden getrokken om de eerste sterrenstelsels te vormen. En binnen individuele sterrenstelsels zorgde het 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:
Omdat energie en massa equivalent zijn, veroorzaken alle vormen van energie, inclusief licht, ook zwaartekracht en staan ze onder invloed. Dit komt overeen met Einsteins algemene relativiteitstheorie , wat nog steeds de beste manier is om het gedrag van de zwaartekracht te beschrijven. Volgens deze theorie is zwaartekracht geen kracht, maar een gevolg van de kromming van de ruimtetijd die wordt veroorzaakt door de ongelijke verdeling van massa/energie.
Artistieke impressie van het frame-drag-effect waarbij ruimte en tijd rond een massief lichaam worden gesleept. Krediet: einstein.stanford.edu
Het meest extreme voorbeeld van deze kromming van de ruimtetijd is een zwart gat waaruit niets kan ontsnappen. Zwarte gaten zijn meestal het product van een superzware ster die supernova is geworden en een overblijfsel van een witte dwerg achterlaat met zoveel massa dat de ontsnappingssnelheid groter is dan de lichtsnelheid. Een toename van de zwaartekracht resulteert ook in gravitationele tijdsdilatatie, waarbij het verstrijken van de tijd langzamer verloopt.
Voor de meeste toepassingen kan de zwaartekracht echter het best worden verklaard door: Newtons wet van universele zwaartekracht , waarin staat dat zwaartekracht bestaat als een aantrekkingskracht tussen twee lichamen. De sterkte 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 geeft de zwaartekracht gewicht aan fysieke objecten en veroorzaakt de getijden van de oceaan. De zwaartekracht van de aarde is het resultaat van de massa en dichtheid van de planeten - 5.97237 × 1024kg (1.31668×1025lbs) en 5.514 g/cm3, respectievelijk. Dit resulteert in de aarde met een zwaartekracht van 9,8 m/s² dicht bij het oppervlak (ook bekend als 1G), die van nature afneemt naarmate men zich verder van het oppervlak bevindt.
Bovendien verandert de zwaartekracht op aarde 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 is2, terwijl de zwaartekracht aan de polen 9,832 m/s is2. Met andere woorden, je weegt meer aan de polen dan aan de evenaar vanwege deze middelpuntzoekende kracht, maar slechts iets meer.
Het International Space Station (ISS), hier gezien vanuit een ontkoppelde bemanningsmissie met de aarde als achtergrond. Krediet: NASA
Ten slotte kan de zwaartekracht veranderen, afhankelijk van wat zich onder de aarde onder je bevindt. Hogere massaconcentraties, zoals gesteenten of mineralen met een hoge dichtheid, kunnen de zwaartekracht die je voelt veranderen. Maar dit bedrag is natuurlijk te klein om merkbaar te zijn. NASA-missies hebben het zwaartekrachtveld van de aarde in kaart gebracht met ongelooflijke nauwkeurigheid, met variaties in sterkte, 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 de Internationaal Ruimtestation (ISS), zou je 90% van de zwaartekracht ervaren die je op het oppervlak zou voelen.
Omdat het station zich echter 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. Omdat alles aan boord van het station met dezelfde snelheid naar de aarde valt, hebben degenen aan boord van het ISS 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 ” van 11.186 km/s (of 6.951 mi/s). In wezen betekent dit 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 is het grootste deel van hun stuwkracht 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; 0,1654G) en Mars (3.711 m/s²; 0,376 g) – wetenschappers weten niet wat de effecten zouden zijn voor astronauten die op lange termijn missies naar deze lichamen gingen.
Terwijl studies hebben aangetoond dat langdurige missies in microzwaartekracht (d.w.z. op het ISS) een schadelijk effect op de gezondheid van astronauten (inclusief verlies van botdichtheid, spierdegeneratie, schade aan organen en aan gezichtsvermogen ) er zijn geen onderzoeken uitgevoerd naar de effecten van omgevingen met een lagere zwaartekracht. Maar gezien de vele voorstellen die zijn gedaan om terug te keren naar de maan, en het voorstel van NASA ' Reis naar Mars ', die informatie zou moeten komen!
Als aardse wezens zijn wij mensen zowel gezegend als vervloekt door de zwaartekracht van de aarde. Aan de ene kant maakt het reizen in de ruimte nogal moeilijk en duur. Anderzijds zorgt het voor onze gezondheid, aangezien onze soort het product is van miljarden jaren van soortevolutie die plaatsvond in een 1Gomgeving.
Als we ooit hopen een echt ruimtevarende en interplanetaire soort te worden, kunnen we maar beter uitzoeken hoe we omgaan met microzwaartekracht en lagere zwaartekracht. Anders zal niemand van ons waarschijnlijk heel lang van de wereld blijven!
We hebben veel artikelen geschreven over de aarde voor heelal vandaag. Hier is Waar komt zwaartekracht vandaan? , Wie heeft de zwaartekracht ontdekt? , Waarom is de aarde rond? , Waarom steelt de zon de maan niet? , Kunnen we kunstmatige zwaartekracht maken? , en de 'Potsdam Gravity Potato' toont variaties in de zwaartekracht van de aarde.
Wilt u meer hulpbronnen op aarde? Hier is een link naar NASA's Human Spaceflight-pagina , en hier is NASA's zichtbare aarde .
We hebben ook een aflevering van Astronomy Cast over de aarde opgenomen, als onderdeel van onze tour door het zonnestelsel - Aflevering 51: Aarde , en Aflevering 318: Ontsnappingssnelheid .
bronnen: