Gravitation

Det var Isaac Newton som på 1600 talet kom på att det var samma kraft som drog ner äpplet till marken och som höll månen kvar i bana runt jorden. Han förklarade månens rotation runt jorden så här: Om man skjuter en kanonkula kommer kulan att röra sig i en parabel formad bana innan den når marken. Om man skjuter iväg kulan tillräckligt fort kommer jordens krökning göra att kulan inte hinner ramla ner på marken utan den fortsätter att rusa runt jorden i all evighet.

Hur man mäter jorden och himlakroppars massa: Jorden har ingen tyngd för att den rör sig i ett fritt fall runt solen

Med hjälp av gravitationslagen: tyngdaccelerationen=Gravitationskonstanten*jordensmassa/(jordradien i kvadrat) kan man beräkna jordens massa. Först bestämer man gravitationskonstanten det gör man genom att mäta kraften mellan två kända massor. Tyngdaccelerationen får man genom att mäta hur snabbt saker och ting faller. Jordradien mäter man genom att mäta sträckan mellan där solen står som högst på himmelen till en plats längre söderut, vid samma tidpunkt mäta vinkeln som solen står iförhållande till marken och sedan med geometri räkna ut jordradien. Då kan man använda formeln:

Jordensmassa=Tyngdaccelerationen*(Jordradien i kvadrat)/Gravitationskonstanten.

Flykthastigheten: Den minsta hastighet som en rymdraket måste ha för att komma ut i rymden och frigöra sig från jordens gravitationsfält är 11km/s=(2GM/R)^¨(1/2). Om en döende stjärna med tillräckligt stor massa dras ihop kan stjärnans gravitationsfält bli så stort att flykthastigheten blir större än ljushastigheten, Stjärnan blir då ett svart hål. När ljus inte kan ta sig ut kan inte heller något annat göra det. Att ingenting kan lämna det svarta hålet beror på att tiden står stilla vid det.

Gravitationell Rödförskjutning

Enligt relativitetsteorin kan massa omvandlas till strålningsenergi och strålningsenergi till massa. Eftersom ljuset bär med sig massa måste det påverkas av gravitationen. Tänk dig en ljusstråle som strålar ut från en stjärna, den kommer att förlora energi eftersom ljuset är tungt. När ljusets energi blir lägre får ljuset lägre frekvens, antalet svängningar per sekund. Frekvensen hos ljuset är högre nära stjärnan och lägre längre ut i rymden från stjärnan. Att frekvensen hos ljuset ändras har också att göra med att tiden går saktare närmare den massiva stjärnan.

Enligt Albert Einstein känns gravitation och acceleration likadant. Tänk dig att du står i ett accelererande rymdskepp långt ut i rymden, du kommer att tryckas mot golvet som om du stod på en planet med ett gravitationsfält. Ljuset kommer också att påverkas på samma sätt som i ett gravitationsfält inne i den accelererande rymdraketen.

Eftersom tyngdaccelerationen är samma för alla, (allt faller med samma acceleration) kommer två föremål som släps samtidigt att falla till marken samtidigt. En person som faller kommer därför inte att känna någon gravitationskraft, eftersom alla föremål runtomkring honom faller lika snabbt och därför tycks stå still iförhållande till honom. Att falla fritt är därför samma sak som att vara tyngdlös. Den fallande personen ser marken accelerera mot honom. Gravitation är därför inte något bara för enskilda föremål utan för hela rummet som omger massorna.

Varför ett fallande föremål ökar sin hastighet: En massa högt över marken har högre energi än en massa nära marken på grund av att tiden går snabbare längre upp. Där tiden går snabbare där är ljusets frekvens högre och därmed massans energi. Massans energi måste därför omvandlas till rörelseenergi när den rör sig längre ner.

Ronny Östman