Här på den ljusblå prick vi kallar hem, är gravitationen något vi alla upplever varje sekund varje dag. Och vi är mycket mer medvetna om det tack vare Newtons lag om universell gravitation .
"Gravity är limmet som gör att diffus materia mellan stjärnorna sakta kollapsar och bildar nya vätefusionsmaskiner (alias stjärnor)," säger astrofysikern Cara Battersby vid University of Connecticut. "Det är limmet som binder samman galaxer och det är ansvarigt för vår egen jord som kretsar runt solen varje år."
Gravity var också nyckelspelaren i Sir Isaac Newtons berömda "äpple"-berättelse. En dag hängde Newton i Lincolnshire, England när han såg ett äpple falla ut ur ett träd - eller så påstod han. Under de kommande åren skulle han berätta för många bekanta – som Voltaire och biografen William Stukeley – att hans stora skrifter om gravitationens natur var inspirerade av denna vardagliga lilla händelse.
Sålunda lades grunden för Newtons lag om universell gravitation – central för vilken är ett fenomen som kallas den universella gravitationskonstanten, aka:"Big G" eller bara "G". I den här artikeln kommer vi att utforska Newtons universella lag, de konflikter som föreslås av Albert Einsteins teori och gravitationskraften själv.
Innehåll
Mycket har sagts om det hotfulla äpplet i Newtons minne. Medan den berömda fysikern berättade för Stukeley denna anekdot decennier efter att den förmodligen inträffade, har många akademiker tvivlat på berättelsen. Oavsett vilket är den sanna intrigen med Newtons universella lag inte om äpplet träffade honom eller inte, utan att kraften som verkar på äpplet förde det rakt ner.
Som Newtons assistent John Conduitt skrev:
[Det] kom in i hans tanke att samma tyngdkraft (som fick ett äpple att falla från trädet till marken) inte var begränsad till ett visst avstånd från jorden utan måste sträcka sig mycket längre än man vanligtvis trodde - Varför inte lika hög som månen, sa han till sig själv &i så fall måste det påverka hennes rörelse och kanske behålla henne i hennes bana .
Det första är först. Innan vi tar itu med det stora G, bör vi ta ett steg tillbaka och förklara den universella gravitationsekvationen för Newtons lag. Denna ekvation fortsätter att ha enorma konsekvenser för hur vi ser på gravitationsfältet som håller oss säkrade vid jordens yta.
Som Katie Mack - en astrofysiker och författare till "The End of Everything (Astrophysically Speaking)" - säger via e-post, är gravitationen "mekanismen genom vilken saker som har massa attraheras av varandra". Newton var den första som gjorde det klart att föremål utövar gravitationspåverkan.
Newton insåg styrkan av denna gravitationsattraktion mellan en given uppsättning objekt beror på (a) hur massiva de är och (b) hur långt ifrån varandra de är. Den omvända kvadratlagen är här en nyckelprincip, varvid den utövade gravitationskraften är omvänt proportionell mot separationen mellan objekt. Det är en dynamik som hans lag om universell gravitation sätter i matematiska termer.
Här är den relevanta ekvationen:
F =(G x m1 x m2) / r2"F" står för "tyngdkraften"; "m1":massan av det första föremålet. "m2" betecknar massan av det andra föremålet; och "r2" är en förkortning för avståndet i kvadrat mellan masscentra inom objekt ett och objekt två. Och "G"? Jo vänner, det är det stora G:gravitationskonstanten.
"För alla två massor, oavsett om det är bowlingklot eller planeter, bestäms gravitationskraften mellan dem av deras massor, deras avstånd och talet G", säger Mack. Tack vare experiment utförda av Henry Cavendish på 1790-talet vet vi nu att gravitationskonstanten har det numeriska värdet på cirka 6,67 x 10 -11 Newton (m2/kg2).
I detta sammanhang avser termen "Newtons" en måttenhet. En Newton är mängden kraft du behöver för att accelerera något med vikten 2,2 pund (1 kilo) med 3,28 fot (1 meter) per sekund. (Som Anders Celsius och Charles F. Richter fick Sir Isaac Newton en plats på den hyllade listan över vetenskapsmän som har fått enheter utnämnda till sin ära.)
Nu finns det ett lager av nyanser som vi bör erkänna här. Du förstår, lagen om universell gravitationskonstant är inte helt lika "universell" som namnet antyder. Enligt Battersby är "vår klassiska bild av gravitationen" - som Newton formulerade tillbaka på 1600-talet - "en exakt approximation av fysikens verklighet på de flesta platser i hela universum (förvisso på jorden)."
"Men", tillägger hon, "har den här teorin ersatts av Einsteins teori om allmän relativitet, som är en förbättring av "Newtonsk gravitation", som hävdar att materia deformerar själva rumtiden (som en tung boll som skapar en grop på ett gummi). ark)."
Det för oss till svarta hål. Svarta hål kan bli mer än en miljon gånger mer massiv än vår sol och påverkar gravitationen på ett sätt som Newtons lag helt enkelt inte kan förklara. Allmän relativitet har visat sig göra mer exakta förutsägelser om dem.
"Du måste börja göra korrigeringar för det faktum att Newtons beskrivning av gravitationen inte exakt fungerar för extremt stark gravitation eller mycket snabb rörelse," säger Mack. "I de fallen måste vi byta till Einsteins bild av gravitationen... Men så länge du inte tittar på ett av dessa extremfall, ekvationen som Isaac Newton skrev ner 1686 för vad han kallade "lagen om Universal Gravitation' är verkligen universell."
HowStuffWorks kan tjäna en liten provision från affiliate-länkar i den här artikeln.
Nu är det intressantSir Isaac Newtons garn om äppelträdet kan ha en grund i sanningen. Oavsett vilket anses påståendet att han träffades i huvudet av en fallande frukt som en modern utsmyckning.
