vier fundamentele krachten regelen alle interacties binnen het universum. Het zijn zwakke kernkrachten, sterke kernkrachten, elektromagnetisme en zwaartekracht. Van deze is de zwaartekracht misschien wel de meest mysterieuze. Hoewel het al enige tijd is begrepen hoe deze wet van de fysica werkt op de macroschaal-die ons zonnestelsel, melkwegstelsels en superclusters beheerst – blijft de interactie met de drie andere fundamentele krachten een mysterie.
natuurlijk hebben mensen al sinds mensenheugenis een basiskennis van deze kracht., En als het gaat om ons moderne begrip van zwaartekracht, is krediet verschuldigd aan één man die zijn eigenschappen Ontcijferde en hoe het alle grote en kleine dingen regeert – Sir Isaac Newton. Dankzij deze 17e-eeuwse Engelse natuurkundige en wiskundige, zou ons begrip van het universum en de wetten die het beheersen voor altijd worden veranderd.,hoewel we allemaal bekend zijn met het iconische beeld van een man die onder een appelboom zit en een val op zijn hoofd heeft, vertegenwoordigde Newton ‘ s theorieën over de zwaartekracht ook een culminatie van jaren aan onderzoek, dat op zijn beurt gebaseerd was op eeuwen van verzamelde kennis. Hij zou deze theorieën presenteren in zijn magnum opus, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (“Mathematical Principles of Natural Philosophy”), dat Voor het eerst werd gepubliceerd in 1687.,in dit deel schetste Newton wat later bekend zou worden als zijn drie bewegingswetten, die afgeleid waren van Johannes Keplers wetten van de planetaire beweging en zijn eigen wiskundige beschrijving van de zwaartekracht. Deze wetten zouden de basis leggen voor de klassieke mechanica, en zouden eeuwenlang onbetwist blijven – tot de 20e eeuw en de opkomst van Einsteins relativiteitstheorie.
natuurkunde in de 17e eeuw:
de 17e eeuw was een zeer gunstige tijd voor de wetenschappen, met belangrijke doorbraken op het gebied van de wiskunde, natuurkunde, astronomie, biologie en chemie. Enkele van de grootste ontwikkelingen in de periode zijn de ontwikkeling van het heliocentrisch model van het zonnestelsel door Nicolaus Copernicus, het baanbrekende werk met telescopen en observationele astronomie door Galileo Galilei, en de ontwikkeling van moderne optica.,het was ook in deze periode dat Johannes Kepler zijn wetten van planetaire beweging ontwikkelde. Deze wetten werden opgesteld tussen 1609 en 1619 en beschreven de beweging van de toen bekende planeten (Mercurius, Venus, Aarde, Mars, Jupiter en Saturnus) rond de zon. Ze stelden dat:
- planeten bewegen rond de zon in ellipsen, met de zon op één focus
- de lijn die de zon verbindt met een planeet veegt gelijke gebieden in gelijke tijden.,
- het kwadraat van de baanperiode van een planeet is evenredig met de kubus (3e macht) van de gemiddelde afstand tot de zon in (of met andere woorden–van de”halve hoofdas” van de ellips, de helft van de som van de kleinste en grootste afstand tot de zon).deze wetten losten de resterende wiskundige problemen op die Copernicus’ heliocentrisch model aan de orde stelde, waardoor alle twijfel werd weggenomen dat het het juiste model van het universum was. Op basis hiervan begon Sir Isaac Newton de zwaartekracht en het effect ervan op de banen van planeten te overwegen.,
een vergelijking van de geocentrische en heliocentrische modellen van het universum. Credit: history.ucsb.edu Newton ‘ s drie wetten:
in 1678 kreeg Newton een volledige zenuwinzinking als gevolg van overwerk en een vete met collega-astronoom Robert Hooke. De volgende jaren trok hij zich terug uit de correspondentie met andere wetenschappers, behalve waar zij het initiatief namen, en vernieuwde zijn interesse in mechanica en astronomie., In de winter van 1680-1681 deed ook het verschijnen van een komeet, waarover hij correspondeerde met John Flamsteed (Engeland ‘ s Astronomer Royal), zijn interesse voor astronomie opnieuw toenemen.na de bewegingswetten van Kepler te hebben herzien, ontwikkelde Newton een wiskundig bewijs dat de elliptische vorm van planetaire banen zou voortvloeien uit een centripetale kracht die omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de straalvector. Newton deelde deze resultaten mee aan Edmond Halley (ontdekker van “Haley’ s Comet”) en aan de Royal Society in zijn de motu corporum in gyrum., dit traktaat, gepubliceerd in 1684, bevatte het zaad van wat Newton zou uitbreiden tot zijn magnum opus, de Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Deze verhandeling, die in juli 1687 werd gepubliceerd, bevatte Newton ‘ s drie bewegingswetten, die stelden dat:
- wanneer bekeken in een traagheidsreferentieframe, een object ofwel in rust blijft of blijft bewegen met een constante snelheid, tenzij ingewerkt door een externe kracht.,
- de vector som van de externe krachten (F) op een object is gelijk aan de massa (m) van dat object vermenigvuldigd met de versnellingsvector (a) van het object. In wiskundige vorm wordt dit uitgedrukt als: F = ma
- wanneer een lichaam een kracht uitoefent op een tweede lichaam, oefent het tweede lichaam tegelijkertijd een kracht uit die gelijk is in grootte en tegenovergesteld in richting op het eerste lichaam.
samen beschreven deze wetten de relatie tussen een object, de krachten die erop inwerken en de resulterende beweging, waardoor de basis werd gelegd voor de klassieke mechanica., De wetten stonden Newton ook toe om de massa van elke planeet te berekenen, het afvlakken van de aarde aan de polen, en de uitstulping aan de evenaar, en hoe de zwaartekracht van de zon en de maan de getijden van de aarde creëren.,in hetzelfde werk presenteerde Newton een calculus-achtige methode van geometrische analyse met behulp van ‘first and last ratio’ s’, werkte hij de geluidssnelheid in de lucht uit (gebaseerd op de wet van Boyle), hield hij rekening met de processie van de equinoxen (die hij liet zien waren het resultaat van de gravitationele aantrekkingskracht van de Maan op de aarde), startte hij de gravitationele studie van de onregelmatigheden in de beweging van de maan, verschafte een theorie voor de bepaling van de banen van kometen, en nog veel meer.,Newton and the “Apple Incident”:
Newton and the “Apple Incident”:
Het verhaal van Newton die met zijn theorie van universele zwaartekracht komt als gevolg van een appel die op zijn hoofd valt, is een hoofdbestanddeel van de populaire cultuur geworden. En hoewel er vaak wordt betoogd dat het verhaal apocrief is en Newton zijn theorie op geen enkel moment heeft bedacht, vertelde Newton zelf het verhaal vele malen en beweerde dat het incident hem had geïnspireerd.daarnaast hebben de geschriften van William Stukeley – een Engelse geestelijke, antiquair en mede – lid van de Royal Society-het verhaal bevestigd., Maar in plaats van de komische voorstelling van de appel die Newton op het hoofd slaat, beschreef Stukeley in zijn Memoirs of Sir Isaac Newton ‘ s Life (1752) een gesprek waarin Newton de aard van de zwaartekracht beschreef terwijl hij een appel zag vallen.
” … We gingen de tuin in, & dronk thea onder de schaduw van sommige appletrees; alleen hij, & mijn zelf. temidden van andere redevoeringen, vertelde hij me, bevond hij zich in dezelfde situatie, zoals vroeger het idee van zwaartekracht in zijn gedachten kwam., “why should that apple always daal loodrecht af op de grond,” dacht hij bij zichzelf; occasion ‘ d by The fall of an apple…”
John Conduitt, Newtons assistent bij de Royal Mint (die uiteindelijk met zijn nicht trouwde), beschreef ook het verhaal in zijn eigen verslag van Newton ‘ s leven. Volgens Conduitt vond het incident plaats in 1666 toen Newton op reis was naar zijn moeder in Lincolnshire., Terwijl hij meanderde in de tuin, overwoog hij hoe de invloed van de zwaartekracht zich uitstrekte tot ver buiten de aarde, verantwoordelijk voor het vallen van appel en de baan van de maan.op dezelfde manier schreef Voltaire in zijn Essay on Epic Poetry (1727) dat Newton voor het eerst aan het zwaartekrachtsysteem had gedacht terwijl hij in zijn tuin liep en een appel uit een boom zag vallen. Dit is in overeenstemming met Newton ‘ s Aantekeningen uit de jaren 1660, die laten zien dat hij worstelde met het idee hoe aardse zwaartekracht zich uitstrekt, in een omgekeerde kwadratische verhouding, tot de maan.,
boompje van de befaamde originele boom die Sir Isaac Newton inspireerde om zwaartekracht te overwegen. Credit: Wikipedia Commons/Loodog Het zou echter nog twee decennia duren om zijn theorieën volledig te ontwikkelen tot het punt dat hij in staat was wiskundige bewijzen aan te bieden, zoals aangetoond in de Principia. Toen dat klaar was, leidde hij af dat dezelfde kracht die een voorwerp op de grond doet vallen, verantwoordelijk was voor andere baanbewegingen. Daarom noemde hij het”universele zwaartekracht”.,
verschillende bomen zouden ” de ” appelboom zijn die Newton beschrijft. De School van de koning, Grantham, beweert dat hun school de oorspronkelijke boom kocht, ontwortelde en vervoerde het naar de tuin van de Rector enkele jaren later. De National Trust, die het Woolsthorpe Manor (waar Newton opgroeide) in trust houdt, beweert echter dat de boom nog steeds in hun tuin woont. Een afstammeling van de oorspronkelijke boom kan worden gezien groeien buiten de hoofdpoort van Trinity College, Cambridge, onder de kamer waar Newton woonde toen hij daar studeerde.,Newtons werk zou een diepgaand effect hebben op de wetenschappen, waarbij de principes ervan de volgende 200 jaar canon zouden blijven. Het concept van de universele zwaartekracht werd de steunpilaar van de moderne astronomie en werd pas in de 20e eeuw herzien – met de ontdekking van de kwantummechanica en Einsteins algemene relativiteitstheorie.
we hebben veel interessante artikelen geschreven over zwaartekracht hier op Universe Today. Hier is wie was Sir Isaac Newton? Wie Was Galileo Galilei?, Wat Is de zwaartekracht?, en Wat is de gravitatieconstante?,
Astronomy Cast heeft ongeveer twee goede afleveringen over het onderwerp. Hier is aflevering 37: Gravitatielens, en aflevering 102: Gravity,