Aantrekkingskracht

Zwaartekracht of gravitatie, hier ook wel aantrekkingskracht genoemd, wordt wel de zwakste van de vier natuurkrachten genoemd. De zwaartekracht is werkzaam tussen alle materiedeeltjes met massa. Aangezien er geen negatieve massa bestaat, is de zwaartekracht altijd aantrekkend en nooit afstotend. Daardoor overheerst zij bij grote massa's de andere natuurkrachten, hoewel die op zich veel sterker zijn. De zwaartekracht is de belangrijkste factor in de structuur en de evolutie van het heelal. In de algemene relativiteitstheorie van Einstein wordt de zwaartekracht beschouwd als een geometrische eigenschap van een vierdimensionale ruimte-tijd. Naast de vaste drie dimensies is de factor tijd nodig om de kracht te begrijpen. De algemene relativiteitstheorie biedt een nieuwe beschrijving van de zwaartekracht, die opgevat wordt als een geometrische eigenschap van een vierdimensionaal tijd-ruimtecontinuüm. Volgens deze theorie veroorzaken zware massa's een plaatselijke kromming in de tijd-ruimte, waardoor lichtstralen worden afgebogen. Deze voorspelling werd in mei 1919 experimenteel bevestigd door de Britse astrofysicus Arthur S. Eddington tijdens een speciaal voor dit doel ondernomen eclipsexpeditie, waarbij de afbuiging van sterlicht door de zwaartekracht van de zon werd gemeten. Ook de verplaatsing van het perihelium van de baan van de planeet Mercurius kan zonder een beroep te doen op de algemene relativiteitstheorie niet volledig verklaard worden. De theorie voorspelt verder het bestaan van gravitatiestraling, die nog nooit direct gemeten is, maar waarvan het bestaan wel indirect is aangetoond door waarnemingen aan de dubbelpulsar PSR1913+16. Volgens de huidige inzichten wordt de zwaartekracht tussen twee deeltjes overgedragen door de uitwisseling van gravitonen. Deze zijn echter nog nooit direct waargenomen. Ondanks vele pogingen zijn natuurkundigen er nog niet in geslaagd de zwaartekracht samen met de andere natuurkrachten in één wiskundige beschrijving onder te brengen. Een zwaartekrachtsveld wordt het veld rond de aarde genoemd waarin op een massa een naar de aarde toegerichte kracht wordt uitgeoefend. Zo oefent ook de maan in een baan om de aarde een kracht uit op een massa. Bij het passeren van de aarde is dit verschijnsel zeer goed waarneembaar als eb en vloed. Het zeewater wordt naar de maan getrokken bij vloed door het zwaartekrachtsveld dat bij de maan behoort. Dit zwaartekrachtsveld lijkt aan het zeewater te trekken als er meer gravitonen zijn bij de kleinste afstand tot de aarde. De gravitatiewet van Newton of aantrekkingswet geeft de kracht F aan waarmee twee massa's M en m elkaar op afstand r aantrekken. Door deze wet suggereerde Newton (1687) dat twee stukken materie invloed op elkaar uitoefenen zonder een of andere tussenstof (actio in distans). Pas rond 1900 kwam daarin met de relativiteitstheorie an Einstein verandering. Men kan de wet beschouwen als het eenvoudigste scenario, in praktijk zijn er allerlei unieke verstoringen die de realiteit veranderen. Het graviton noemt men het nog niet waargenomen elementair deeltje dat beschouwd wordt als de drager van de zwaartekracht. Deeltjes met een assa ongelijk aan nul oefenen zwaarterkacht op elkaar uit door de uitwisseling van massaloze gravitonen. De gravitatieconstante of zwaartekrachtsconstante is een natuurconstante aangeduid met het symbool G die in de universele zwaartekrachtswet van Isaac Newton de evenredigheidsconstante is. Volgens Newtons zwaartekrachtswet is de aantrekkingskracht tussen twee lichamen evenredig met het product van hun massa's en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de onderlinge afstand: F = G.m1.m2/r2. De waarde van de gravitatieconstante werd voor het eerst nauwkeurig bepaald in 1798 door Cavendish. Tegenwoordig wordt als waarde aangehouden: G = 6,672 × 10^-11N.m2/kg2. De zwaartekrachtsstraling of zwaartekrachtsgolven noemt men gravitatiestraling. Straling die volgens Einsteins algemene relativiteitstheorie wordt uitgezonden door snel bewegende grote massa's, zoals snel om elkaar heen draaiende zware sterren, of exploderende sterren. Bij de in 1974 ontdekte dubbelpulsar heeft men een baanverandering waargenomen die met het uitzenden van gravitatiestraling verklaard kan worden. Op verschillende plaatsen op aarde staan detectoren waarmee men deze straling hoopt te kunnen registreren; nieuwe detectoren zijn in aanbouw of in voorbereiding. De valversnelling of zwaartekrachtsversnelling noemt men gravitatieversnelling. Versnelling die een lichaam ondervindt ten gevolge van de gravitatiekracht van de aarde: de evenredigheidsfactor tussen massa en gewicht. Symbool: g. Is volgens de gravitatiewet van Newton afhankelijk van de afstand tot het middelpunt van de aarde. Omdat de aarde een afgeplatte vorm heeft, neemt de gravitatieversnelling toe van de evenaar naar de polen. De zware massa is de grootheid die de kracht, volgens de gravitatiewet van Newton, vastlegt waarmee twee lichamen elkaar aantrekken. Deze kracht F is gelijk aan een constante G maal de massa m1 van het ene lichaam maal de massa m2 van het andere lichaam, gedeeld door het kwadraat van de afstand r tussen de middelpunten van beide lichamen. In formule: F=G.m1.m2/r^2. De zware massa bepaalt op aarde na vermenigvuldiging met de versnelling van de zwaartekracht (veldsterkte van de zwaartekracht) het gewicht van het voorwerp.

© 2018 F.N. Heinsius