Gravitationskonstante ist das “G” in Newtons Gesetz der universellen Gravitation

Hier auf dem hellblauen Punkt, den wir zu Hause nennen, erleben wir alle die Schwerkraft jede Sekunde eines jeden Tages.

“Die Schwerkraft ist der Klebstoff, der dazu führt, dass diffuse Materie zwischen den Sternen langsam zusammenbricht und neue Wasserstofffusionsmaschinen (auch bekannt als Sterne) bildet. Es ist der Klebstoff, der Galaxien zusammenhält und dafür verantwortlich ist, dass unsere eigene Erde jedes Jahr um die Sonne kreist.” “sagt die Astrophysikerin der Universität von Connecticut, Cara Battersby, in einer E-Mail.

Die Schwerkraft war auch der Schlüsselspieler in Sir Isaac Newtons berühmter “Apfel” -Geschichte. Sie kennen die, über die wir sprechen.

Eines Tages war Newton in Lincolnshire, England, als er sah, wie ein Apfel von einem Baum fiel. (Zumindest behauptete er es.)

In den kommenden Jahren erzählte er vielen Bekannten – wie Voltaire und dem Biographen William Stukeley -, dass seine großartigen Schriften über die Natur der Schwerkraft von diesem alltäglichen kleinen Ereignis inspiriert waren. Newtons Assistent John Conduitt schrieb:

[It] kam in seinen Gedanken, dass die gleiche Schwerkraft (die einen Apfel vom Baum auf den Boden fallen ließ) nicht auf eine bestimmte Entfernung von der Erde beschränkt war, sondern sich viel weiter erstrecken musste, als normalerweise angenommen wurde – warum nicht so hoch wie der Mond , sagte er zu sich selbst und wenn ja, muss das ihre Bewegung beeinflussen und sie vielleicht in ihrer Umlaufbahn halten.

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Damit war der Grundstein für Newtons Gesetz der universellen Gravitation gelegt. Im Zentrum steht ein Phänomen, das als Gravitationskonstante bezeichnet wird, auch bekannt als: “Big G” oder einfach “G.”

Die gleichung

Das wichtigste zuerst. Bevor wir uns mit dem Big G befassen, sollten wir einen Schritt zurücktreten und Newtons Gesetz der universellen Gravitation erklären.

Wie Katie Mack – eine Astrophysikerin und Autorin von “Das Ende von allem (astrophysikalisch gesprochen)” – per E-Mail sagt, ist die Schwerkraft “der Mechanismus, durch den Dinge, die Masse haben, voneinander angezogen werden”.

Newton erkannte das Stärke Die Anziehungskraft zwischen einer bestimmten Menge von Objekten hängt davon ab, (a) wie massiv sie sind und (b) wie weit sie voneinander entfernt sind. Es ist eine Dynamik, die sein Gesetz der universellen Gravitation in mathematische Begriffe umsetzt.

Hier ist die relevante Gleichung:

Das “F” steht für die “Schwerkraft”; “m1” bedeutet die Masse des ersten Objekts; “m2” bezeichnet die Masse des zweiten Objekts; und “r2” ist eine Abkürzung für den Abstand zwischen den Massenschwerpunkten innerhalb von Objekt eins und Objekt zwei.

Und das “G”? Nun Freunde, das ist das große G: Die Gravitationskonstante.

“Golly, G!”

“Für zwei beliebige Massen, seien es Bowlingkugeln oder Planeten, wird die Gravitationskraft zwischen ihnen durch ihre Massen, ihren Abstand und die Zahl G bestimmt”, sagt Mack.

Dank der von Henry Cavendish in den 1790er Jahren durchgeführten Experimente wissen wir jetzt, dass die Gravitationskonstante einen numerischen Wert von etwa 6,67 x 10 hat -11 Newton (m2 / kg2).

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In diesem Zusammenhang bezieht sich der Begriff “Newton” auf eine Maßeinheit. Ein Newton ist die Kraft, die Sie benötigen, um etwas mit einer Masse von 1 kg (2,2 Pfund) bei 1 m (3,28 Fuß) pro Sekunde zu beschleunigen.

Wie Anders Celsius und Charles F. Richter hat sich Sir Isaac Newton einen Platz auf der Liste der Wissenschaftler verdient, denen zu Ehren Einheiten benannt wurden. Gut für Ihn.

Newton gegen Einstein

Jetzt gibt es eine Nuancenschicht, die wir hier anerkennen sollten. Sie sehen, das Gesetz der universellen Gravitation ist es nicht ganz so “universell” wie der Name schon sagt.

Laut Battersby ist “unser klassisches Bild der Schwerkraft” – das Newton bereits im 17. Jahrhundert artikulierte – “eine genaue Annäherung an die Realität der Physik an den meisten Orten im gesamten Universum (sicherlich auf der Erde)”.

“Allerdings”, fügt sie hinzu, “wurde diese Theorie durch Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie ersetzt, die eine Verbesserung der” Newtonschen Schwerkraft “darstellt, die besagt, dass Materie die Raumzeit selbst deformiert (wie ein schwerer Ball, der ein Grübchen auf einem Gummi erzeugt Blatt).”

Das bringt uns zu schwarzen Löchern.

Schwarze Löcher können mehr als eine Million Mal so massereich werden wie unsere Sonne und beeinflussen die Schwerkraft auf eine Weise, die Newtons Gesetz einfach nicht erklären kann. Es wurde gezeigt, dass die Allgemeine Relativitätstheorie genauere Vorhersagen über sie macht.

“Man muss anfangen, Korrekturen für die Tatsache vorzunehmen, dass Newtons Beschreibung der Schwerkraft für extrem starke Schwerkraft oder sehr schnelle Bewegung nicht genau funktioniert”, sagt Mack. “In diesen Fällen müssen wir zu Einsteins Bild der Schwerkraft wechseln … Aber solange Sie nicht einen dieser extremen Fälle betrachten, die Gleichung, die Isaac Newton 1686 für das aufschrieb, was er ‘das Gesetz von’ nannte Universelle Gravitation ist wirklich universell. “

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