HVAD SKER DET?

Masse og vægt

Før vi går ind på emnet tyngdekraft, og hvordan det virker, er det vigtigt at forstå forskellen mellem vægt og masse.

Vi bruger ofte udtrykkene “masse” og “vægt” om hverandre i vores daglige tale, men for en astronom eller en fysiker er de helt forskellige ting. Massen af et legeme er et mål for, hvor meget stof det indeholder. Et objekt med masse har en kvalitet kaldet inerti. Hvis du ryster en genstand som en sten i din hånd, vil du bemærke, at det tager et skub for at få det i bevægelse, og et andet skub for at stoppe det igen. Hvis stenen hviler, vil den forblive i ro. Når du først har fået det til at bevæge sig, vil det forblive i bevægelse. Denne kvalitet eller “træghed” af materie er dens inerti. Masse er et mål for, hvor meget inerti et objekt viser.

Vægt er en helt anden ting. Alle objekter i universet med masse tiltrækker alle andre objekter med masse. Mængden af tiltrækning afhænger af massernes størrelse og hvor langt fra hinanden de er. For objekter i hverdagens størrelse er dette tyngdekraft forsvindende lille, men træk mellem et meget stort objekt, som Jorden, og et andet objekt, som dig, kan let måles. Hvordan? Alt hvad du skal gøre er at stå på en skala! Vægter måler tiltrækningskraften mellem dig og Jorden. Denne kraft af tiltrækning mellem dig og jorden (eller en hvilken som helst anden planet) kaldes din vægt.

Hvis du befinder dig i et rumskib langt mellem stjernerne, og du lægger en skala under dig, ville skalaen læse nul. Din vægt er nul. Du er vægtløs. Der svæver en ambolt ved siden af dig. Den er også vægtløs. Er du eller ambolten masseløs? Absolut ikke. Hvis du greb ambolten og forsøgte at ryste den, skulle du skubbe den for at få den i gang og trække den for at få den til at stoppe. Det har stadig inerti og dermed masse, men alligevel har det ingen vægt. Ser du forskellen?

Forholdet mellem tyngdekraft og masse og afstand

Som nævnt ovenfor er din vægt et mål for tyngdekraften mellem dig og den krop, du står på. Denne tyngdekraft afhænger af et par ting. For det første afhænger det af din masse og massen på den planet, du står på. Hvis du fordobler din masse, trækker tyngdekraften dig dobbelt så hårdt. Hvis planeten, du står på, er dobbelt så massiv, trækker tyngdekraften dig også dobbelt så hårdt. På den anden side, jo længere du er fra midten af planeten, jo svagere er trækket mellem planeten og din krop. Kraften bliver svagere ganske hurtigt. Hvis du fordobler din afstand fra planeten, er styrken en fjerdedel. Hvis du tredobler din adskillelse, falder kraften til en niende. Ti gange afstanden, en hundrededel af styrken. Ser du mønsteret? Kraften falder af med afstandens firkant. Hvis vi sætter dette i en ligning, vil det se sådan ud:

De to “M” s øverst er din masse og planetens masse. “R” nedenfor er afstanden fra centrum af planeten. Masserne er i tælleren, fordi kraften bliver større, hvis de bliver større. Afstanden er i nævneren, fordi kraften bliver mindre, når afstanden bliver større. Bemærk, at kraften aldrig bliver nul, uanset hvor langt du rejser. Måske var dette inspirationen til digtet af Francis Thompson:

Isaac Newton

Denne ligning, først afledt af Sir Isaac Newton, fortæller os meget. For eksempel kan du mistanke om, at fordi Jupiter er 318 gange så massiv som Jorden, skal du veje 318 gange, hvad du vejer derhjemme. Dette ville være sandt, hvis Jupiter var den samme størrelse som Jorden. Men Jupiter er 11 gange Jordens radius, så du er 11 gange længere væk fra centrum. Dette reducerer trækket med en faktor på 112, hvilket resulterer i cirka 2,53 gange trækket af Jorden på dig. en neutronstjerne gør dig ufatteligt tung. Ikke kun er stjernen meget massiv til at begynde med (omtrent det samme som solen), men den er også utrolig lille (omtrent på størrelse med San Francisco), så du er meget tæt på centrum en d r er et meget lille tal. Små tal i nævneren af en brøkdel fører til meget store resultater!