Gravitasjonskraft er en av de fire grunnleggende kreftene i naturen som styrer samspillet mellom alle objekter med masse eller energi. Det er kraften som holder planetene i bane rundt solen, månen rundt jorden og stjernene i galaksen. Men hvordan avhenger denne kraften av avstanden mellom to objekter? I denne artikkelen vil vi utforske svaret på dette spørsmålet ved å bruke Newtons gravitasjonslov.
Newtons gravitasjonslov
Newtons gravitasjonslov sier at hvert objekt i universet tiltrekker seg annenhver gjenstander med en kraft som er direkte proporsjonal med produktet av massene deres og omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom dem. Det matematiske uttrykket for denne loven er:
$$F_g=\frac{Gm_1m_2}{r^2}$$
der $F_g$ er gravitasjonskraften, $m_1$ og $m_2$ er massene til de to objektene, $r$ er avstanden mellom sentrene deres, og $G$ er den universelle gravitasjonskonstanten, som har en verdi på omtrent $6,67 \ ganger 10^{-11} Nm^2/kg^2$.
Denne formelen kan brukes til å beregne gravitasjonskraften mellom to objekter, for eksempel jorden og solen, eller et eple og jorden. For eksempel, hvis vi ønsker å finne gravitasjonskraften mellom et eple med masse 0,1 kg og jorden med masse $5,97 \ ganger 10^{24} kg$, og vi antar at avstanden mellom sentrene deres er lik radiusen til jorden, som er omtrent $6,37 \times 10^6 m$, kan vi plugge disse verdiene inn i formelen og få:
$$F_g=\frac{(6,67 \times 10^{-11}) (0.1)(5.97 \times 10^{24})}{(6.37 \times 10^6)^2}$$
$$F_g=0.98 N$$
Dette betyr at jorden trekker eplet med en kraft på 0,98 newton, som er lik dets vekt.
The Inverse-Square Law
Et viktig trekk ved Newtons gravitasjonslov er at den følger en omvendt kvadratisk lov, som betyr at gravitasjonskraften avtar når kvadratet på avstanden øker. Det betyr at dersom vi dobler avstanden mellom to objekter, blir gravitasjonskraften fire ganger svakere; tredobler vi avstanden, blir den ni ganger svakere; og så videre.
For å se hvorfor dette er fornuftig, se for deg en punktlyskilde som sender ut lysstråler i alle retninger. Lysstrålene danner en sfærisk overflate rundt kilden, og når de beveger seg bort fra den, sprer de seg over et større område. Lysintensiteten på et hvilket som helst punkt på denne overflaten er proporsjonal med hvor mye lys som passerer gjennom en enhetsareal vinkelrett på strålene. Siden arealet av en kule er proporsjonal med radius i kvadrat, kan vi se at når radiusen øker, reduseres intensiteten som dens omvendte kvadrat.
Tilsvarende kan vi tenke på gravitasjon som et felt som kommer fra en punktmasse i alt veibeskrivelse. Gravitasjonsfeltstyrken på ethvert punkt i rommet er proporsjonal med hvor mye gravitasjonskraft som virker på en enhetsmasse plassert på det punktet. Siden gravitasjonsfeltlinjene danner en sfærisk overflate rundt massen, og når de beveger seg bort fra den, sprer de seg over et større område, kan vi se at når avstanden øker, avtar feltstyrken som dens omvendte kvadrat.
omvendt kvadratlov innebærer at tyngdekraften blir svakere når vi beveger oss lenger bort fra en masse, men den blir aldri null. Dette betyr at selv svært fjerne objekter fortsatt kan ha en gravitasjonspåvirkning på hverandre, selv om den kan være ubetydelig sammenlignet med andre krefter.
Konklusjon
I denne artikkelen har vi lært hvordan å bruke Newtons gravitasjonslov til å beregne gravitasjonskraften mellom to objekter, og hvordan denne kraften avhenger av massene deres og avstanden deres. Vi har også sett at tyngdekraften følger en omvendt kvadratisk lov, som betyr at den avtar raskt når vi øker avstanden mellom to objekter.