Hvordan virker tyngdekraften?

Hver gang du hopper, du oplever tyngdekraften. Det trækker dig tilbage til jorden. Uden tyngdekraft, du ville flyde ud i atmosfæren - sammen med alt det andet stof på Jorden.

Du ser tyngdekraften på arbejde, når du taber en bog, træde på en skala eller kaste en bold op i luften. Det er sådan en konstant tilstedeværelse i vores liv, vi undrer os sjældent over mysteriet om det-men selv med flere godt modtagne teorier derude, der forsøger at forklare, hvorfor en bog falder til jorden (og i samme takt som en sten eller en sofa, ved det), de er stadig bare teorier. Tyngdekraftens mysterium er stort set intakt.

Så hvad ved vi om tyngdekraften? Vi ved, at det får to objekter i universet til at blive trukket til hinanden. Vi ved, at tyngdekraften hjalp med at danne universet, at den holder månen i kredsløb om Jorden, og at det kan udnyttes til mere dagligdags applikationer som tyngdekraftdrevne motorer eller tyngdekraftdrevne lamper.

Hvad angår videnskaben bag handlingen, vi ved, at Isaac Newton definerede tyngdekraften som en kraft - en der tiltrækker alle objekter til alle andre objekter. Vi ved, at Albert Einstein sagde, at tyngdekraften er et resultat af rumtidens krumning. Disse to teorier er de mest almindelige og udbredte (hvis noget ufuldstændige) forklaringer på tyngdekraften.

I denne artikel, vi ser på Newtons tyngdekraftsteori, Einsteins tyngdekraftsteori, og vi kommer også ind på et nyere syn på fænomenet.

Selvom mange mennesker allerede havde bemærket, at tyngdekraften eksisterer, Newton var den første til at udvikle en sammenhængende forklaring på tyngdekraften, så vi starter der.

Newtons tyngdekraft

I 1600 -tallet, en engelsk fysiker og matematiker ved navn Isaac Newton sad under et æbletræ - eller det fortæller legenden os. Tilsyneladende, et æble faldt på hovedet på ham, og han begyndte at spekulere på, hvorfor æblet i første omgang blev tiltrukket af jorden.

Newton offentliggjorde sin Theory of Universal Gravitation i 1680'erne. Det fremlagde grundlæggende ideen om, at tyngdekraften var en forudsigelig kraft, der virker på alt stof i universet, og er en funktion af både masse og afstand. Teorien siger, at hver stofpartikel tiltrækker hver anden partikel (f.eks. partiklerne af "Jorden" og partiklerne af "dig") med en kraft, der er direkte proportional med produktet af deres masser og omvendt proportional med kvadratet af afstanden mellem dem.

Så jo længere fra hinanden er partiklerne, og/eller jo mindre massive partikler, jo mindre tyngdekraften.

Standardformlen for gravitationsloven går [kilde:UT]:

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

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

hvor G er gravitationskonstanten, m1 og m2 er masserne af de to objekter, som du beregner kraften til, og d er afstanden mellem tyngdepunkterne for de to masser.

G har værdien 6,67 x 10E-8 dyne * cm ² /gm ² . Så hvis du lægger to 1-gram objekter 1 centimeter fra hinanden, de vil tiltrække hinanden med en kraft på 6,67 x 10E-8 dyne. EN dyne er lig med ca. 0,001 gram vægt, hvilket betyder, at hvis du har en kraftstyrke til rådighed, den kan løfte 0,001 gram i Jordens tyngdefelt. Så 6,67 x 10E-8 dyne er en lille kraft.

Når du håndterer massive kroppe som Jorden, imidlertid, som har en masse på 6E+24 kg (se Hvor meget vejer planeten Jorden?), det tilføjer en temmelig kraftig tyngdekraft. Derfor flyder du ikke rundt i rummet lige nu.

Tyngdekraften, der virker på et objekt, er også objektets vægt. Når du træder på en skala, skalaen læser, hvor meget tyngdekraften virker på din krop. Formlen til bestemmelse af vægt er [kilde:Kurtus]:

vægt =m * g

hvor m er et objekts masse, og g er accelerationen på grund af tyngdekraften. Acceleration på grund af tyngdekraften på Jorden, er 9,8 m/s² - det ændrer sig aldrig, uanset objektets masse. Det er derfor, hvis du skulle tabe en sten, en bog og en sofa fra et tag, de havde ramt jorden samtidig.

I hundredvis af år, Newtons tyngdekraftsteori stod stort set alene i det videnskabelige samfund. Det ændrede sig i begyndelsen af ​​1900'erne.

Einsteins tyngdekraft

Albert Einstein, der vandt Nobelprisen i fysik i 1921, bidrog med en alternativ tyngdekraftsteori i begyndelsen af ​​1900'erne. Det var en del af hans berømte generelle relativitetsteori, og den tilbød en meget anden forklaring end Newtons lov om universel gravitation. Einstein troede slet ikke på tyngdekraften; han sagde, at det var en forvrængning i form af rumtid, ellers kendt som "den fjerde dimension" (se Sådan fungerer speciel relativitet for at lære om rumtid).

Grundlæggende fysik siger, at hvis der ikke er eksterne kræfter, der virker, et objekt vil altid bevæge sig i den lige mulige linje. Derfor, uden en ekstern kraft, to objekter, der bevæger sig langs parallelle stier, vil altid forblive parallelle. De vil aldrig mødes.

Men faktum er, de mødes. Partikler, der starter på parallelle veje, ender sommetider med at kollidere. Newtons teori siger, at dette kan forekomme på grund af tyngdekraften, en kraft, der tiltrækker disse objekter til hinanden eller til en enkelt, tredje objekt. Einstein siger også, at dette sker på grund af tyngdekraften - men i hans teori, tyngdekraften er ikke en kraft. Det er en kurve i rumtid.

Ifølge Einstein, disse objekter bevæger sig stadig langs den mest lige linje, men på grund af en forvrængning i rumtid, den mest lige linje er nu langs en sfærisk sti. Så to objekter, der bevægede sig langs et fladt plan, bevæger sig nu langs et sfærisk plan. Og to lige stier langs den kugle ender i et enkelt punkt.

Stadig nyere tyngdekraftsteorier udtrykker fænomenet i form af partikler og bølger. Et synspunkt siger, at partikler kaldes gravitoner få objekter til at blive tiltrukket af hinanden. Gravitoner er faktisk aldrig blevet observeret, selvom. Og har heller ikke gravitationsbølger , undertiden kaldet gravitationsstråling, som angiveligt genereres, når et objekt accelereres af en ekstern kraft [kilde:Scientific American].

Gravitons eller ingen gravitons, vi ved, at det, der går op, skal ned. Måske en dag, vi ved præcis hvorfor. Men indtil da, vi kan være tilfredse med bare at vide, at planeten Jorden ikke snart vil springe i solen. Tyngdekraften holder det sikkert i kredsløb.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer særlig relativitet
• Sådan fungerer vægtløshed
• Sådan fungerer elektromagneter
• Hvordan fungerer tyngdekrafthjælp med interplanetære satellitter?
• Hvor går kuglerne hen, når der skydes kanoner lige op i luften?

Flere store links

• Bøjning af rumtid i kælderen (hvordan man gentager Cavendish -eksperimentet for at beregne gravitationskonstanten G)
• Science Daily:Opdagelse af 'kosmiske akkorder' kan understøtte forudsigelse af Einsteins teori - 22. april kl. 1998
• Science Digest:'What Goes Up' ... er grundlaget for et gennembrud - april 1978

Kilder

• "Einsteins geometriske tyngdekraft." Einstein Online.http://www.aei.mpg.de/einsteinOnline/en/elementary/generalRT/GeomGravity/index.html
• "Tyngdekraft." Princeton WordNet.http://wordnetweb.princeton.edu/perl/webwn? O2 =&o0 =1 &o7 =&o5 =&o1 =1 &o6 =&o4 =&o3 =&s =tyngdekraft+attraktion
• Kurtus, Ron. "Gravitation og tyngdekraften." Succes inden for naturvidenskab:Skolen for mestre. Http://www.school-for-champions.com/science/gravity.htm
• "Er tyngdekraften en partikel eller en bølge?" Videnskabelig amerikansk. 21. oktober kl. 1999. http://www.scientificamerican.com/article.cfm? Id =is-gravity-a-particle-or