Inhoud
- De kracht van zwaartekracht
- Het effect van loodrechte beweging
- Middelpuntzoekende kracht
- Circulaire en niet-cirkelvormige banen
In de dagelijkse wereld is zwaartekracht de kracht die ervoor zorgt dat voorwerpen naar beneden vallen. In de astronomie is zwaartekracht ook de kracht die ervoor zorgt dat planeten in bijna cirkelvormige banen rond sterren bewegen. Op het eerste gezicht is het niet duidelijk hoe dezelfde kracht dergelijke schijnbaar verschillende gedragingen kan veroorzaken. Om te zien waarom dit is, is het noodzakelijk om te begrijpen hoe een externe kracht een bewegend object beïnvloedt.
De kracht van zwaartekracht
Zwaartekracht is een kracht die tussen twee willekeurige objecten inwerkt. Als het ene object aanzienlijk zwaarder is dan het andere, zal de zwaartekracht het minder massieve object naar het meer massieve trekken. Een planeet zal bijvoorbeeld een kracht ervaren die hem naar een ster trekt. In het hypothetische geval waarin de twee objecten aanvankelijk stationair zijn ten opzichte van elkaar, zal de planeet beginnen te bewegen in de richting van de ster. Met andere woorden, het zal in de richting van de ster vallen, net zoals de dagelijkse ervaring van zwaartekracht zou suggereren.
Het effect van loodrechte beweging
De sleutel tot het begrijpen van orbitale beweging is om te beseffen dat een planeet nooit stationair is ten opzichte van zijn ster, maar met hoge snelheid beweegt. De aarde reist bijvoorbeeld met ongeveer 108.000 kilometer per uur (67.000 mijl per uur) in haar baan rond de zon. De richting van deze beweging is in wezen loodrecht op de richting van de zwaartekracht, die langs een lijn van de planeet naar de zon werkt. Terwijl de zwaartekracht de planeet naar de ster trekt, voert de grote loodrechte snelheid deze zijwaarts rond de ster. Het resultaat is een baan.
Middelpuntzoekende kracht
In de fysica kan elke vorm van cirkelvormige beweging worden beschreven in termen van centripetale kracht - een kracht die naar het centrum toe werkt. In het geval van een baan wordt deze kracht geleverd door de zwaartekracht. Een bekender voorbeeld is een object dat aan het uiteinde van een touwtje ronddraait. In dit geval komt de middelpuntzoekende kracht van de snaar zelf. Het object wordt naar het midden getrokken, maar door de loodrechte snelheid blijft het in een cirkel bewegen. Qua basisfysica verschilt de situatie niet van een planeet die rond een ster draait.
Circulaire en niet-cirkelvormige banen
De meeste planeten bewegen op ongeveer cirkelvormige banen, als gevolg van de manier waarop planetaire systemen worden gevormd. Het essentiële kenmerk van een cirkelvormige baan is dat de bewegingsrichting altijd loodrecht staat op de lijn die de planeet verbindt met de centrale ster. Dit hoeft echter niet het geval te zijn. Kometen, bijvoorbeeld, bewegen vaak op niet-cirkelvormige banen die zeer langwerpig zijn. Dergelijke banen kunnen nog steeds worden verklaard door de zwaartekracht, hoewel de theorie ingewikkelder is dan voor cirkelvormige banen.