Jafnvel fyrir sjálfhverfasta mann getur verið erfitt að viðurkenna það en sólin snýst reyndar í kringum þig. Þyngdarkrafturinn er öflugt náttúruafl sem togar í alla hluti.
Það heldur manni föstum í stólnum, tunglinu á fastri braut um jörðu og jörðinni á braut um sólu en krafturinn virkar í báðar áttir.
Þú togar þannig lítillega í sólina og með einfaldri jöfnu sem var mótuð fyrir mörg hundruð árum er mögulegt að reikna hversu mikið.
Þyngdarkaftur
Bókstafurinn F er þyngdarkrafturinn – eða sá kraftur sem tveir hlutir verka hvor á annan með.
Fastinn
G er „þyngdaraflsfastinn“ – einnig nefnt fasti Newtons. Hann hefur gildið 6,67∙10-11. N m2 kg-2.
Massi
„þyngdin“ – þessara tveggja hluta er táknaður með annars vegar m1 og hins vegar m2. Þessar tvær tölur eru margfaldaðar saman.
Fjarlægð
Fjarlægðin milli tveggja þyngdarpunkta hlutanna er táknuð með bókstafnum r og sú tala er margfölduð með sjálfri sér. Þannig að yfir mikla fjarlægð veikist þyngdaraflið.
Þyngdarkrafturinn er einn af fjórum grundvallarnáttúrukröftum sem halda náttúrunni saman (hinir þrír eru veiki og sterki kjarnakrafturinn ásamt rafsegulafli). Þyngdarkrafturinn hefur óendanlega drægni en það hversu mikið hlutir toga hver í aðra ræðst bæði af massa hlutanna – „þyngd“ þeirra – og innbyrðis fjarlægð.
Massi sólar er meira en 300.000 sinnum meiri en jarðar og þar sem drægni þyngdarkraftsins er ótakmörkuð, þá gæti maður ætlað að stjarna okkar myndi toga þig og allt annað í sólkerfinu inn í sitt glóandi helvíti. En miðja sólar er í 150 milljón km fjarlægð frá þér og því er aðdráttarafl hennar tiltölulega veikt.
Fjarlægð þín til miðju jarðar er einungis ríflega 6.000 km, þannig að þrátt fyrir lítinn massa jarðar þýðir þessi stutta vegalengd samt að þú viðheldur jarðtengingu.
Þyngdarlögmál Newtons liggur til grundvallar rannsóknum í stjörnufræði en nú benda nýjar athuganir á ferli stjarna til þess að helstu snillingum okkar hafi mögulega skjátlast.
Ef maður fer tiltölulega stutt frá yfirborði jarðar minnkar þyngdaraflskrafturinn.
Alþjóðlega geimstöðin ISS er í um 400 km hæð yfir jörðu og þannig 6.400 km frá miðju jarðar. Þar er þyngdarkrafturinn um 10% minni en á yfirborði jarðar.
Geimfarar um borð í ISS sleppa þannig ekki undan aðdráttarafli jarðar bara vegna þess að þeir eru á sporbraut. Raunin er sú að þeir eru í stöðugu frjálsu falli. En þeir lenda aldrei á jörðinni því ISS þeytist á sama tíma hringinn í kringum jörðina á hraða sem nemur 28.000 km/klst. og þeytist þannig burt frá hnetti okkar.
Allt hringar hvað annað
Það sama á við um jörðina. Massi sólar togar jörðina til sín en þar sem hnöttur okkar er á fleygiferð í kringum sólu með 100.000 km hraða, þeytist hún á sama tíma út á við með miklum krafti.
Og það voru einmitt slíkar hreyfingar í sólkerfinu sem komu vísindamönnum á sporið um þyngdaraflið. Hin víðfræga – en ósanna – þjóðsaga segir að náttúruvísindamaðurinn Isaac Newton hafi fengið hugmyndina að þyngdarkraftinum þegar epli datt á höfuð hans.
Þyngdaraflið að verki
Þyngdarafl afhjúpar ósýnilegar plánetur
Nú á dögum vitum við af þúsundum pláneta í sólkerfinu – svokallaðar fjarplánetur. Þessar plánetur eru óralangt í burtu og bjartir geislar stjörnu þeirra dylja þær, þannig að erfitt er að koma auga á þær. En stjarnfræðingar geta greint pláneturnar með „radíushraða-aðferðinni“. Massi fjarplánetanna togar lítillega í stjörnuna þannig að ef stjarnan virðist rugga lítillega er það vegna þess að plánetur eru á brautum í kringum hana.
Lögmál Newtons til greiningar á jarðskjálftum
Við jarðskjálfta verður jarðskorpan fyrir miklum krafti sem verður til að hún hreyfist. Þegar jarðskjálftafræðingar reyna að segja fyrir um jarðskjálfta eða greina hann þegar hann hefur skollið á taka þeir með í reikninginn mismunandi áhrif þyngdarkraftsins. Flekar jarðskorpunnar toga hver í annan. Tunglið togar í hafið og kraftur sjávarfalla getur verið nægjanlega sterkur til þess að hnika jarðskorpunni til.
Þyngdarkraftur eykur hraðann
Ein helsta áskorunin við geimferðir til fjarlægra himintungla er að ferðalagið krefst óhemju mikillar orku. Eldsneytið er þungt og til þess að draga sem mest úr þyngd farartækisins nýta stjarnfræðingar sér svokallaða þyngdarafls-slöngvun. Á leið sinni í gegnum sólkerfið fer geimfarið ekki beinustu leiðina heldur nálgast himintungl og leyfir þeim að auka hraða sinn áður en geimfarið heldur ennþá lengra út í geim, þökk sé þyngdarkrafti plánetunnar.
Hið rétta er að þýski stjarnfræðingurinn Johannes Kepler hafði sannað að pláneturnar hreyfast ekki hringinn í kringum jörðina í fullkomnum hringlaga brautum, heldur eru þær sporöskjulaga. Það varð svo til þess að menn fóru að leita skýringa á því hvaða ósýnilegi kraftur það væri sem togar í pláneturnar. Og útskýringuna á því kom Newton með þegar hann birti útreikninga sína um þyngdarlögmálið árið 1687.
Allir hlutir verka hver á annan með krafti sem togar þá saman og ræðst krafturinn af massa hlutanna og innbyrðis fjarlægð þeirra. Fyrir vikið má segja að jörðin hringar ekki aðeins sólina, sólin hringar einnig jörðina.
Pláneta okkar togar í sólina og þessir tveir hlutir hringa því sameiginlegan þyngdarpunkt. En þar sem sólin vegur langtum meira en jörðin er þessi punktur nær miðju sólar heldur en jarðar.
Umferðartími plánetanna flækist enn frekar vegna þess að himintunglin toga að sjálfsögðu einnig hvert í annað með mismunandi krafti.
Og fræðilega séð leggur þú þitt af mörkum í útreikningum því þú togar jú lítillega í jörðina, sólina og restina af alheimi.
