Wat is de zwaartekracht en waar is die het sterkst in de Verenigde Staten?
Januari 2003
Van de vier fundamentele krachten – zwaartekracht, elektromagnetisch, sterk nucleair, en zwak nucleair – is de zwaartekracht degene waar mensen het meest mee vertrouwd zijn. Isaac Newton krijgt de naam de zwaartekracht te hebben “ontdekt”. In feite heeft hij ons een analytische interpretatie van de zwaartekracht gegeven, dat wil zeggen, de grootheden beschreven die de zwaartekracht op een voorwerp bepalen.
Volgens Newton hebben twee voorwerpen een aantrekkende kracht die hen naar elkaar toe probeert te trekken. De grootte van deze kracht hangt af van de massa van elk voorwerp en de afstand tussen de middelpunten van de twee voorwerpen. Wiskundig gezien zeggen we dat de zwaartekracht rechtstreeks afhangt van de massa’s van de voorwerpen en omgekeerd van de afstand tussen de voorwerpen in het kwadraat. De G in de relatie is een constante die de universele gravitatieconstante wordt genoemd.
Voor alledaagse voorwerpen zoals mensen, auto’s, ballen en vliegtuigen is de zwaartekracht tussen twee van deze voorwerpen zo klein dat hij onbetekenend is. Maar als een van de voorwerpen heel massief is, zoals de aarde, dan wordt de zwaartekracht aanzienlijk. Je gewicht is eigenlijk gewoon de zwaartekracht tussen de massa van je lichaam en de massa van de aarde. We voelen dat de Aarde aan ons trekt met een kracht die we zwaartekracht noemen.
De ‘zwaartekracht’ wordt vaak uitgedrukt in de versnelling die de zwaartekracht aan een voorwerp zal geven als het voorwerp valt. Deze versnelling van de zwaartekracht wordt geschreven als een kleine g en wordt gebruikt om de sterkte van de zwaartekracht op verschillende plaatsen op aarde en op andere planeten te beschrijven.
In het algemeen geldt dat hoe dichter de middelpunten van twee voorwerpen bij elkaar liggen, hoe groter de zwaartekracht wordt. Daarom zou je verwachten dat de zwaartekracht in de Verenigde Staten sterker is op de plek die het dichtst bij het middelpunt van de aarde ligt. De laagste plek in de VS is Death Valley, dus zou je verwachten dat de zwaartekracht daar sterker is (waar je het dichtste bij het middelpunt van de Aarde bent). De Aarde bestaat echter niet van binnen uit uniform materiaal en de zwaartekracht hangt af van hoeveel massa er precies tussen jou en het middelpunt van de Aarde zit.
Daarom varieert de versnelling ten gevolge van de zwaartekracht (g) als je rond de V.S. beweegt van ongeveer 9,79 tot 9,81 meter per seconde in het kwadraat. Het gemiddelde voor de aarde is 9,80 m/s2 (32 ft/s2), wat over het algemeen wordt gerapporteerd als de versnelling van de zwaartekracht op aarde. Dit betekent dat een voorwerp dat valt elke seconde dat het valt 32 ft/s versnelt, ervan uitgaande dat er geen luchtweerstand is. Ter vergelijking, de versnelling van de zwaartekracht op de Maan is slechts 1,63 m/s2 vanwege de samenstelling en de kleinere afmetingen.
Newton’s uitleg van de zwaartekracht is voldoende voor het dagelijks leven. Maar om de meest uitgewerkte details van de zwaartekracht te begrijpen moet men Einsteins zwaartekrachttheorie erbij betrekken, die wiskundig ingewikkeld is.