Tyngdekraft

Partikkelfysikk
Teorier
Standardmodellen
Kvantemekanikk
Kvantefeltteori (QFT)
Kvanteelektrodynamikk (QED)
Kvantekromodynamikk (QCD)
Den spesielle relativitetsteorien
Vekselvirkning
Sterk kjernekraft
Elektromagnetisme
Svak kjernekraft
Gravitasjon
Fargekraft
Elementærpartikler
Fermioner
Kvarker
Oppkvark
Nedkvark
Særkvark
Sjarmkvark
Bunnkvark
Toppkvark
Leptoner
Elektron
Positron
Nøytrino
Myon
Tau
Bosoner
Gauge-bosoner
Foton
W- og Z-bosoner
Gluon
Graviton
Higgs-boson
Sammensatte partikler
Hadroner
Mesoner
Pion
Baryoner
Proton
Nøytron
Atomkjerner
Atomer
Molekyler
Egenskaper
Energi
Bevegelsesmengde
Elektrisk ladning
Spinn
Paritet
Isospinn
Svakt isospinn
Fargeladning
Kjernefysikk Atom

Tyngdekraft eller gravitasjonskraft, ofte bare kalt tyngde i klassisk fysikk, er tiltrekningskraft som virker mellom alle partikler med masse i universet. Tyngde og treghet er viktige egenskaper som kjennetegner masse. Isaac Newtons tyngdelov sier at tyngdekraften som virker mellom to legemer, er proporsjonal med produktet av deres masse, og omvendt proporsjonal med kvadratet av avstanden mellom dem.

Loven kan uttrykkes slik: $F = G \frac{M m}{r^2}$, der

• F er tyngdekraften mellom to objekter.
• M er massen til det første objektet.
• m er massen til det andre objektet.
• r er avstanden mellom objektene.
• $G$ er gravitasjonskonstanten, og har verdien 6,67 × 10⁻¹¹ Nm²/kg²

Historie

Isaac Newton var den som først formulerte loven om tyngdekraft. Det var et stort vitenskapelig gjennombrudd da han kunne forklare at himmellegemene holdt seg i banene sine ved hjelp av den samme kraften som får et eple til å falle mot bakken. Han beskrev månens bane rundt jorda som et endeløst fall, og forklarte at det var mulig å kaste ting i bane rundt jorda med stor fart. Newton formulerte sin lov (avsnittet ovenfor) på grunnlag av Johannes Keplers tre lover om planetbevegelser, som igjen var basert på den danske astronomen Tycho Brahes observasjoner. Tyngdekraften er en av de grunnleggende faktorene i klassisk fysikk.

Det første laboratorieeksperimentet (Cavendish-eksperimentet) som kunne måle massens tyngdekraft, ble utført i 1797–98 av den britiske vitenskapsmannen Henry Cavendish.

Bruk

Newtons tyngdelov er en viktig del av klassisk fysikk, den fysikken som brukes om hverdagslige mekaniske systemer. I moderne tid brukes den til å regne ut masser, baner og avstander til objekter i universet.

Tyngdekraften mellom jordkloden og et annet legeme i fritt fall, gir legemet en akselerasjon rett nedover som tilsvarer tyngdeakselerasjonen, som ved havnivå er tilnærmet lik 9,81 m/s². Sammenhengen mellom tyngdeakselerasjonen g og tyngdekraften W er:

$W = mg$, der m er massen til objektet som tyngdekraften virker på. Tyngdeakselerasjonen varierer rundt om i verden siden jorden ikke er helt rund, nærmere svakt oval. 9,81 er et utarbeidet gjennomsnitt, anerkjent som et god tilnærming til en universal konstant.

Unnslippingsfart

Forskjellige baner en gjenstand kan få basert på farten v. D viser v = unnslippingsfarten.

Unnslippingsfart er den farten som skal til for at et romskip, eller en annen gjenstand, skal kunne forlate et himmellegeme (som Jorda) og skytes ut i verdensrommet. Ved himmellegemet overflate er unnslippingsfarten gitt ved: $v=\sqrt{\frac{2 G M}{r}}$, der:

• v er unnslippingsfarten.
• $G$ er gravitasjonskonstanten, og har verdien 6,67 × 10⁻¹¹ Nm²/kg²
• M er massen til himmellegemet.
• r er radiusen til himmellegemet.

Gravitasjonens virkning på lys

Svært massive objekter som stjerner og sorte hull krummer også banen til masseløse partikler, som for eksempel fotonene lys og annen elektromagnetisk stråling består av. Dette kan ikke forklares ved hjelp av klassisk fysikk, det vil si Newtons tyngdelov, som krever at begge objektene som vekselvirker har masse. I generell relativitetsteori fører imidlertid tilstedeværelsen av et massivt objekt til at selve romtiden krummes, og masseløse partikler som beveger seg gjennom det krummede rommet vil da få en bane som fremstår krummet. Effekten kalles gravitasjonslinse.

I moderne fysikk

Tyngdekraft er den suverent svakeste av de fire fundamentale naturkreftene, men dominerer likevel i store systemer som planeter og galakser, fordi den kun virker tiltrekkende. Elektriske krefter som kan virke både tiltrekkende og frastøtende vil utligne seg selv i det store og hele. Svak og sterk kjernekraft virker over så korte avstander at de bare gir seg til kjenne innenfor atomkjerner.

Det er vanskelig å forstå hva tyngdekraften egentlig er. Newtons lov beskriver hvordan den virker, men sier ingenting om hvordan det skjer. Newton ble i sin samtid kritisert for dette av aristotelisk skolerte naturvitere. I moderne tid er det kommet fram to teorier for å forklare gravitasjonen, og disse har vist seg vanskelige å forene:

• I følge Einsteins generelle relativitetsteori er tyngdekraften forårsaket av rommets krumning. Det er en følge av tanken om at tyngde og treghet er en og samme ting.
• I kvantefysikk og partikkelfysikerne opptrer gravitasjonskraften som den virtuelle partikkelen gravitonet som ennå ikke har latt seg påvise.