Die Gravitationskonstante ist die Proportionalitätskonstante, die im Newtonschen Gesetz der universellen Gravitation verwendet wird, und wird üblicherweise mit G bezeichnet. In den meisten Texten sehen wir es ausgedrückt als:
G = 6.673×10-11 N m2 kg-2
Es wird typischerweise in der Gleichung verwendet:
F = (G x m1 x m2) / r2 , wobei
F = Gravitationskraft
G = Gravitationskonstante
m1 = Masse des ersten Objekts (nehmen wir an, es ist das massive)
m2 = Masse des zweiten Objekts (nehmen wir an, es ist das kleinere)
r = der Abstand zwischen den beiden Massen
Wie bei allen Konstanten in der Physik ist die Gravitationskonstante ein empirischer Wert. Das heißt, sie wird durch eine Reihe von Experimenten und anschließenden Beobachtungen bewiesen.
Obwohl die Gravitationskonstante erstmals von Isaac Newton im Rahmen seiner populären Publikation Philosophiae Naturalis Principia Mathematica von 1687 eingeführt wurde, dauerte es bis 1798, bis die Konstante in einem tatsächlichen Experiment beobachtet wurde. Wundern Sie sich nicht. So ist es meistens in der Physik. Die mathematischen Vorhersagen gehen in der Regel den experimentellen Beweisen voraus.
Der erste, der sie erfolgreich gemessen hat, war der englische Physiker Henry Cavendish, der die winzige Kraft zwischen zwei Bleimassen mit einer sehr empfindlichen Torsionswaage gemessen hat. Es sollte angemerkt werden, dass es nach Cavendish zwar genauere Messungen gab, aber die Verbesserungen der Werte (d.h. die Möglichkeit, Werte zu erhalten, die näher an Newtons G liegen) nicht wirklich wesentlich waren.
Betrachten wir den Wert von G, sehen wir, dass er, wenn wir ihn mit den anderen Größen multiplizieren, eine ziemlich kleine Kraft ergibt. Erweitern wir diesen Wert, um eine bessere Vorstellung davon zu bekommen, wie klein er wirklich ist: 0,00000000006673 N m2 kg-2
Also, schauen wir uns nun an, welche Kraft zwei 1-kg-Objekte aufeinander ausüben würden, wenn ihre geometrischen Zentren 1 Meter voneinander entfernt sind. Wie viel erhalten wir?
F = 0,00000000006673 N. Es macht nicht viel aus, wenn wir beide Massen wesentlich erhöhen.
Lassen Sie uns zum Beispiel die schwerste aufgezeichnete Masse eines Elefanten ausprobieren, 12.000 kg. Angenommen, wir haben zwei davon, die in einem Abstand von 1 m zueinander stehen. Ich weiß, dass es schwierig ist, sich das vorzustellen, da Elefanten ziemlich stämmig sind, aber lassen Sie uns einfach so vorgehen, weil ich die Bedeutung von G betonen möchte.
So, wie viel haben wir bekommen? Selbst wenn wir abrunden würden, kämen wir nur auf 0,01 N. Zum Vergleich: Die Kraft, die die Erde auf einen Apfel ausübt, beträgt etwa 1 N. Kein Wunder, dass wir keine Anziehungskraft spüren, wenn wir neben jemandem sitzen … es sei denn natürlich, Sie sind ein Mann und diese Person ist Megan Fox (trotzdem wäre es sicher anzunehmen, dass die Anziehung nur in eine Richtung gehen würde).
Die Schwerkraft macht sich also nur bemerkbar, wenn wir mindestens eine Masse als sehr massiv betrachten, z.B. die eines Planeten.
Erlauben Sie mir, diese Diskussion mit einer weiteren mathematischen Übung zu beenden. Angenommen, Sie kennen sowohl Ihre Masse als auch Ihr Gewicht und Sie kennen den Radius der Erde. Setzen Sie diese in die obige Gleichung ein und lösen Sie für die andere Masse. Voila! Wie durch ein Wunder haben Sie soeben die Masse der Erde erhalten.
Mehr über die Gravitationskonstante können Sie hier in Universe Today lesen. Möchten Sie mehr über eine neue Studie erfahren, die zeigt, dass sich die fundamentale Kraft im Laufe der Zeit nicht verändert hat? Einige Einblicke finden Sie auch in den Kommentaren in diesem Artikel: Record Breaking „Dark Matter Web“ Structures Observed Spanning 270 Million Light Years Across
Es gibt mehr darüber bei der NASA. Hier sind ein paar Quellen:
- Gravitation
- Die Gewichtsgleichung
Hier sind zwei Episoden bei Astronomy Cast, die Sie sich vielleicht auch ansehen möchten:
- Gravitationswellen
- Gravitationslinsen