De gravitatieconstante is de evenredigheidsconstante die in Newtons Wet van de universele gravitatie wordt gebruikt, en wordt gewoonlijk aangeduid met G. Dit is iets anders dan g, dat de versnelling ten gevolge van de zwaartekracht aangeeft. In de meeste teksten zien we het uitgedrukt als:
G = 6.673×10-11 N m2 kg-2
Het wordt meestal gebruikt in de vergelijking:
F = (G x m1 x m2) / r2 , waarin
F = zwaartekracht
G = gravitatieconstante
m1 = massa van het eerste voorwerp (laten we aannemen dat het een massief voorwerp is)
m2 = massa van het tweede voorwerp (laten we aannemen dat het een massief voorwerp is)
m2 = massa van het tweede voorwerp (laten we aannemen dat die van het kleinere is)
r = de afstand tussen de twee massa’s
Zoals alle constanten in de natuurkunde, is de gravitatieconstante een empirische waarde.
Hoewel de gravitatieconstante voor het eerst werd geïntroduceerd door Isaac Newton als onderdeel van zijn populaire publicatie in 1687, de Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, duurde het nog tot 1798 voordat de constante in een echt experiment werd waargenomen. U hoeft niet verbaasd te zijn. Zo gaat het meestal in de natuurkunde. De wiskundige voorspellingen gaan gewoonlijk vooraf aan de experimentele bewijzen.
Hoe dan ook, de eerste persoon die de constante met succes heeft gemeten was de Engelse natuurkundige Henry Cavendish, die de zeer kleine kracht tussen twee loden massa’s mat met behulp van een zeer gevoelige torsiebalans. Opgemerkt moet worden dat er na Cavendish weliswaar nauwkeuriger metingen zijn gedaan, maar dat de verbeteringen van de waarden (d.w.z. de mogelijkheid om waarden te verkrijgen die dichter bij Newtons G liggen) niet echt substantieel zijn geweest.
Kijken we naar de waarde van G, dan zien we dat wanneer we die vermenigvuldigen met de andere grootheden, dit een vrij kleine kracht oplevert. Laten we die waarde eens uitbreiden om u een beter idee te geven van hoe klein die werkelijk is: 0,00000000006673 N m2 kg-2
Al goed, laten we nu eens kijken welke kracht twee voorwerpen van 1 kg op elkaar zouden uitoefenen als hun geometrische middelpunten 1 meter uit elkaar liggen. Hoeveel krijgen we dan?
F = 0,00000000006673 N. Het maakt niet veel uit als we beide massa’s aanzienlijk vergroten.
Laten we bijvoorbeeld eens de zwaarste geregistreerde massa van een olifant proberen, 12.000 kg. Stel dat we twee van deze olifanten hebben, op een afstand van 1 meter van hun middelpunt. Ik weet dat het moeilijk is je dat voor te stellen, want olifanten zijn nogal stevig, maar laten we het zo doen, want ik wil de nadruk leggen op het belang van G.
Hoeveel hebben we dan? Ter vergelijking: de kracht die de aarde op een appel uitoefent is ongeveer 1 N. Geen wonder dat we geen aantrekkingskracht voelen als we naast iemand gaan zitten… tenzij je natuurlijk een man bent en die persoon Megan Fox is (dan nog zou het veilig zijn om aan te nemen dat de aantrekkingskracht maar één kant op is).
Daarom is de zwaartekracht alleen merkbaar als we ten minste één massa als zeer massief beschouwen, bijvoorbeeld die van een planeet.
Mag ik deze discussie afsluiten met nog één wiskundige oefening. Stel dat je zowel je massa als je gewicht kent, en je weet de straal van de aarde. Voeg deze toe aan de bovenstaande vergelijking en los op voor de andere massa. Voila! Wonder boven wonder, je hebt zojuist de massa van de aarde verkregen.
Je kunt meer lezen over de gravitatieconstante hier in Universe Today. Wil je meer weten over een nieuw onderzoek waaruit blijkt dat de fundamentele kracht in de loop der tijd niet is veranderd? Er zijn ook enkele inzichten die u kunt vinden tussen de commentaren in dit artikel: Recordbrekende “Dark Matter Web” Structuren waargenomen over een lengte van 270 miljoen lichtjaar
Er is meer over te vinden bij NASA. Hier zijn een paar bronnen:
- Gravity
- The Weight Equation
Hier zijn twee afleveringen bij Astronomy Cast die je misschien ook wilt bekijken:
- Gravitational Waves
- Gravitational Lensing