Die wonder van swaartekrag
Hierdie artikel is oorgeneem uit die Afrikaanse Kinderensiklopedie (AKE), ’n bekende stel boeke wat in die verlede ’n paar geslagte lank die Afrikaanstalige kinders van Suid-Afrika van inligting voorsien het. Die AKE word nie meer gedruk en versprei nie, omdat baie van die inligting daarin met verloop van tyd verouderd geraak het. Tog is daar artikels daarin, soos die een hieronder, wat so onderhoudend geskryf is dat dit steeds met vrug deur vandag se jeug gelees en benut kan word. Ook die leerder wat geen wafferse belangstelling in die wetenskap het nie, kan hier vind dat selfs ’n “droë” onderwerp hoogs interessant kan wees as dit op ’n heel eenvoudige maar boeiende manier vertel word...
Nuwe kompilasie van grafika: Mieliestronk.com
IE meeste mense maak so ’n ophef van nuwe uitvindsels dat hulle nie meer ’n oog het vir die menigte wonders wat dag ná dag maar altyd weer rondom hulle plaasvind nie. Wie van ons, as ons byvoorbeeld ’n akker op ’n dak hoor val, dink ooit daaraan dat die akker, toe hy losgekom het, geval het om die eenvoudige rede dat hy ’n onverbiddelike natuurkrag moes “gehoorsaam”? En wie van ons besef dat daardie natuurkrag deur al die eeue heen vir die merkwaardige orde in die groot heelal gesorg het en steeds sorg?
Waarom en hoe dinge val
DIT boei ons om te sien hoe ’n magneet ’n naald of spykertjie of ystervylsels aantrek, maar ons vind dit nie juis interessant om ’n akker te sien val nie. Tog is die val van akkers, van klippe, balle, reëndruppels, sneeu, haelstene en ander dinge ewe merkwaardig. Dit is maar net omdat die val van dinge so ’n alledaagse verskynsel is en omdat ons so gewoond daaraan is dat die meeste mense nooit eens daaraan dink om te vra hoe, waarheen en waarom dinge val nie.
OFSKOON Newton se teorie baie lank gelede reeds deur ’n nuwer gedagterigting vervang is, word die meeste moderne nie-relativistiese berekeninge oor gravitasie (swaartekrag) steeds gedoen deur van Newton se teorie gebruik te maak. Die rede is dat dit ’n veel eenvoudiger teorie is om mee te werk as Einstein se teorie van algemene relatiwiteit.
Boonop lewer dit resultate wat heeltemal akkuraat genoeg is wanneer berekeninge oor kleiner massas, snelhede en energieë gedoen moet word.
Hierdie vraag, en verwante vrae, het die wêreld se beste denkers baie jare besig gehou. Eindelik is daar in die jaar 1642 in Engeland ’n wonderkind gebore. Sy liggaampie was so klein en tengerig dat dit gelyk het of hy nie sou lewe nie, maar die knapie het 85 jaar oud geword en oor ’n breinkrag beskik wat die geleerde wêreld meer as verbaas het.
Hierdie man, die latere sir Isaac Newton, is in 1727 oorlede, maar wetenskaplikes van alle lande sal hom altyd bewonder as die man wat meer as enige ander persoon vir ons gehelp het om die hoe, die waarheen
en die waarom van vallende liggame te verstaan.
LINKS: Sir Isaac Newton.
As gevolg van die kennis wat Newton en sy volgelinge versprei het, weet ons vandag dat vallende liggame (byvoorbeeld ’n akker) die neiging toon om regaf ondertoe te val, en dat vryhangende dinge ’n neiging het om regaf ondertoe te hang na die middelpunt (sentrum) van die aarde toe. Ons weet ook dat dinge val omdat die aarde hulle aantrek. Verder weet ons dat die aarde se aantrekkingskrag nie ’n magnetiese krag is nie, want magnete kan maar net ’n paar stowwe (sekere metale) aantrek, terwyl die aarde alles aantrek wat bestaan. En op sy beurt word die aarde weer deur alle bestaande dinge aangetrek.
LINKS: Die ystervylsels wat hier onderaan die pole van ’n hoefmagneet kleef, word deur die magneet sowel as deur die aarde aangetrek. Hulle val nie af nie, omdat die opwaartse, magnetiese kragte groter is as die afwaartse swaartekrag.
Newton het tot die gevolgtrekking gekom dat elke brokkie materie, waar, hoe ver, hoe groot, of hoe klein dit ook al is, van altyd af elke ander brokkie materie aangetrek het en in die toekoms nog sal aantrek. Met verbasende insig het hy nog boonop besef hoe die sterkte van daardie aantrekkingskrag afhang van die massas van, en die afstande tussen, elke paar brokkies. Geleerdes noem hierdie aantrekkingskrag die universele swaartekrag.
Wat is swaartekrag (gravitasie)?
VIR die woorde universele swaartekrag of dan wel universele gravitasie hoef niemand te skrik nie. Die Latynse woord “universum” beteken eenvoudig “heelal”, en die woord “universele” sê dus net vir ons dat dit ’n krag is wat deur materie op materie dwarsdeur die groot heelal uitgeoefen word. Die woord “swaartekrag” is net so verstaanbaar, want dit is juis hierdie geheimsinnige aantrekkingskrag (van die aarde op alles) wat dinge “swaar” laat voel.
En op sy beurt gravitasie is ook maar net afgelei van die Latynse woord gravitās (gewig) uit gravis (swaar).
Noudat ons verstaan wat swaartekrag beteken, wil ons graag iets meer omtrent die wonders daarvan weet.
Dinge val nie altyd regaf ondertoe nie
AS ’n mens by die venster uitkyk wanneer dit reën of hael, sien jy dikwels teen die agtergrond van regop bome hoe die druppels of haelstene skuins val. Was ons dan verkeerd toe ons hierbo beweer het dat dinge die neiging toon om regaf ondertoe te val? Nee, ons was nie, want ons was versigtig genoeg om die woord “neiging” te gebruik.
’n Mens kan geneig wees tot kwaad, maar jou ideale kan jou op die regte pad hou. Net so kan liggame wat regaf ondertoe sou geval het as hulle net onder swaartekraginvloed beweeg het, van koers gebring word deur ander kragte.
Laat ons terugkeer na die reëndruppels of haelstene: As daar nie wind waai nie, val hulle regaf ondertoe, maar windkrag kan hulle uit hul regaf-rigting dwing sodat hul skuins na onder val.
Dink ook aan ’n klip wat losraak op byvoorbeeld ’n berg. Dit begin dadelik val, d.w.s. dit sak laer en laer. ’n Afdraand laat ’n ding toe om laer en laer te sak. As die klip dus teen die hang van die berg losraak, sal swaartekrag dit dwing om te val. Die bergafdraand kan egter nie ’n regafval toelaat nie en die gevolg is dat die klip die skuinste afrol en daardeur voldoen aan die Wet van Swaartekrag, sowel as aan die eise van die berghelling.
Dis ook ’n geluk dat die koeëls wat ons met ons gewere afskiet, of die water wat ons met ’n tuinslang spuit, nie regaf ondertoe val nie, want as dit die geval was, sou ons maar min baat gevind het by tuinslange en sou gewere nutteloos gewees het. Dit sou dan heeltemal verspot gewees het om met ’n geweer op ’n springbok aan te lê.
Geweerkoeëls behou egter hul vorentoe-snelheid wat hulle van die ontploffende kruit ontvang het, én hulle val. Dit maak die groot verskil.
LINKS: Water uit ’n tuinslang val nie regaf ondertoe nie, want dit kan nie sommer ontslae raak van die voorwaarste snelheid wat dit van die drukking in die pyp ontvang het nie. Die gevolg is dat dit vorentoe spuit en val.
Dinge val ál vinniger
DIT sal nie juis vir jou saak maak as ’n groterige albaster vanuit ’n hoogte van ’n paar sentimeters op jou kop val nie, maar jy sal bepaald heftig protesteer as iemand dieselfde albaster van ’n hoë gebou af op jou kop wil los.
Waarom? Eenvoudig omdat jy uit ervaring weet dat dinge hoe verder hoe vinniger val en dat, as ’n ding eers eenmaal vinnig aan die val is, dit nie sommer weer skielik tot stilstand gebring kan word nie.
Jy het heel waarskynlik al by ’n garage gestaan en kyk hoe vuil olie uit ’n motor getap word; of jy het aan tafel stroop in jou bordjie geskep. Dit het jou baie moontlik getref dat die vallende straal van sulke taaivloeibare stowwe bo dik is, maar na ondertoe ál dunner en dunner word.
Het jy toe ook gewonder waarom dit is? Die verklaring lê voor die hand: die onderpunt van só ’n straal verteenwoordig daardie olie (of stroop) wat die verste geval het. Die boonste deel van die straal, daarenteen, bestaan uit vloeistof wat maar pas begin val het. Die vallende straal raak dus, ooreenkomstig die reël van hoe verder hoe vinniger, al hoe dunner en dunner uitgerek.
LINKS: Stroop val uit ’n bottel. Bo is die straal dik, maar dit word al hoe dunner ondertoe. Dit is omdat stroop, net soos swaar dinge, ál vinniger en vinniger val. Die onderpunt, wat die verste geval het, val dus die vinnigste, terwyl die bopunt maar skaars begin val het.
Dinge wat al vinniger en vinniger val, val met versnelling. Ons weet byvoorbeeld dat enige voorwerp wat uit rus begin en ongehinderd val, aan die einde van elke sekonde 9,8 meter per sekonde vinniger val as in die vorige sekonde. Dit kom daarop neer dat as ons weet (of met ’n stophorlosie meet) hoe lank so ’n voorwerp geval het, ons maklik kan bereken met watter snelheid dit die grond getref het.
As jy byvoorbeeld ’n klip van ’n brug af laat los (nie gooi nie) en dit bereik die water daaronder ná 5 sekondes, dan weet jy dat dit die water tref met ’n snelheid van vyf maal 9,8, d.w.s. 49 meter per sekonde, en dit is meer as 175 kilometer per uur!
Jy sal straks ook in die hoogte van só ’n brug belang stel en dit is maar ’n eenvoudige sommetjie om die hoogte te bereken sodra jy weet dat die klip 5 sekondes, ongehinderd, uit rus geval het. Jy vermenigvuldig eenvoudig die tyd met homself en kry 25. Dan vermenigvuldig jy die 25 met die helfte van 9,8 meter, d.w.s. met 4,9, en jy kry die brughoogte: omtrent 122 meter.
Ons het ’n klip vanuit ’n baie hoë krans laat val en dit het die voet van die krans ná 7 sekondes bereik. Hoe hoog is die krans? (Antwoord: nagenoeg 240 meter.)
REGS: ’n Mens kan die hoogte van só ’n brug bereken as jy met ’n stophorlosie meet in hoeveel sekondes ’n klip van die brug af in die water val.
Foto: Eric Christian/GSFC/NASA
Hoe die aarde se atmosfeer die snelheid van ’n vallende voorwerp kan rem
DIT is darem nie altyd waar dat dinge ál vinniger en vinniger val nie. Dink byvoorbeeld aan vallende konfetti (bruid-strooisel), vallende sneeuvlokkies, vallende eikeblare, ’n vallende posseël, of die donsveertjies van voëls. Hulle dwarrel maar langsaam grond toe.
En tóg, plaas gerus ’n posseël bo-op ’n muntstuk en laat los die munt met seël en al. Hulle bereik die vloer gelyktydig. Waarom val die seël dan nou net soos die muntstuk, d.w.s. ál vinniger en vinniger? Dit gebeur doodeenvoudig omdat die muntstuk vir die seël ’n maklike pad deur die lug baan. Die lug het baie minder vatkans op die swaar muntstuk as op die ligter posseël.
Dit is amper onmoontlik vir een mens om ’n sinkplaat buitekant te dra as die wind sterk waai. Die wind kan die man met plaat en al omruk as dit vatkans op die plat kant van die plaat kry. Só ’n plaat moet gedra word met sy lengte in die rigting van die wind. Wanneer ons van gestroomlynde motors of vliegtuie praat, bedoel ons dat sulke voertuie só ontwerp word dat hulle so min moontlik weerstand aan die lug bied.
Dit is lugweerstand wat verhinder dat konfetti, sneeuvlokkies, eikeblare en sulke dinge ál vinniger en vinniger val. As ons al die lug uit ’n gewone kamer kon pomp, sou ’n vallende donsie en ’n vallende sluk lood in die kamer presies eenders en ewe vinnig geval het.
Lugweerstand beperk die maksimumsnelheid van ons motors en vliegtuie. Hoe groter die snelheid, des te groter is die lugweerstand. Dis hoekom daar baiemaal gesê word: “Jy moet betaal vir snelheid.” Ons voertuie verkwis maandeliks baie brandstof bloot om vir hulle ’n pad deur die lug te baan, en hierdie verkwisting weens lugweerstand is des te groter namate die snelheid hoër is. As petrol skaars is, moet ’n mens dus nie buitensporig vinnig ry nie.
Die nut van lugweerstand
ONS moet egter nie sommer besluit dat lugweerstand ons vyand is nie, want as die “remskoen” van snelheid bewys dit ’n onskatbaar waardevolle diens aan die mens.
’n Mens kan nie ’n bok met ’n mieliepit doodgooi nie, maar vervang jy die loodjie van ’n gewone koeëlpatroontjie deur ’n ronde mieliepit, dan kan jy die bok daarmee doodskiet. ’n Hoë snelheid, al is dit dan maar dié van ’n mieliepit, is hoogs gevaarlik.
As selfs reëndruppels maar altyd vinniger en vinniger geval het, sou hulle mens en dier kon gedood en plante kon verpletter het, en haelstene sou soos koeëls dwarsdeur ons dakke geval en ’n verskriklike verwoesting aangerig het. Lugweerstand verhinder sulke rampe. Dit stel aan alle vallende dinge ’n snelheidsbeperking wat die limietsnelheid genoem word.
Dink daaraan dat miljoene sogenaamde “verskietende sterre”, waarvan sommige nogal groot is, in die loop van elke dag en nag van 24 uur die aarde se atmosfeer binneval. Wat sou van ons geword het as lugweerstand hulle nie warm gevryf en laat uitbrand het voordat hulle op die aarde beland nie?
Die limietsnelheid is nie vir alle soorte liggame eenders nie, maar hang van die digtheid van die liggaam af. Die limietsnelheid vir byvoorbeeld ’n stuk lood is baie hoër as dié van ’n kurkprop, en dié van ’n vars eier is groter as dié van ’n vrot eier. Dit is waarom ’n vrot eier wat weggegooi word, tot ’n mens se verbasing nie altyd stukkend val nie. In die geval van sneeuvlokkies of druppeltjies uit miswolkies, is die limietsnelheid klein.
Ons valskerms sou waardeloos gewees het sonder lugweerstand. In die geval van ’n valskerm word ’n klein limietsnelheid verlang; ’n strawwe snelheidsbeperking is dus nodig en die skerm word ontwerp sodat die lug groot vatkans daarop kry.
Waarom die heelal nie inmekaar stort nie
DIE groot heelal bevat duisende der duisende miljoene hemelliggame wat mekaar almal sonder uitsondering aantrek soos omskryf in Newton se Swaartekragwet. Hoe is dit dan dat die heelal nie inmekaar stort nie?
Gedagtig aan die voortbestaan van die planeet waarop ons woon, is hierdie vraag vir ons van die uiterste belang. Ons antwoord daarop sal nog eens die noue verband tussen krag en beweging duidelik beklemtoon. Neem byvoorbeeld ons sonnestelsel. Die hemelliggame wat lede van die stelsel is, val nie inmekaar nie, omdat hulle in beweging is.
’n Klip wat aan die punt van ’n toutjie al in die rondte geswaai word, kan nie na jou hand toe val nie. Die hemelliggame gedra hulle ook so. So ’n klip wil, as gevolg van sy kringbeweging, van jou hand af wegtrek, maar die toutjie hou dit aan jou hand gekoppel. Alle liggame wat in kringe beweeg, het die neiging om van die middelpunte van daardie kringe weg te vlieg. Daardie wegvlieg-neiging word middelpuntvliedende krag genoem.
LINKS: Die seun swaai ’n klip, wat aan ’n toutjie vas is, al in die rondte. As gevolg van die klip se kring­beweging wil dit van die seun se hand af padgee (middel­punt­vliedende krag), maar die toutjie hou dit aan sy hand gekoppel (aan­trekkings­krag). Hierdie twee kragte balanseer mekaar.
BO: Passasiers op ’n pretpark se tuimel­trein ondervind hoe middel­punt­vliedende krag en swaarte­krag saam­span om deuren­tyd te keer dat hulle uit hul sit­plekke val.
Ons kan dus van die sonnestelsel (voorstelling deur NASA links)
sê: Die verskillende hemeliggame daarin sou, vanweë die aantrekkingskragte tussen hulle, op die ou end as een reusagtige klont inmekaar gestort het, as dit nie was dat die middelpuntvliedende kragte, wat ten gevolge van hul kringbewegings optree, die aantrekkingskragte net mooi balanseer nie. Die merkwaardige ewewig (reël en orde) wat daar in die ganse heelal bewaar word, is voorwaar ’n onbeskryflike wonder, wat ons met ootmoedige eerbied teenoor die Skepper vervul.
Middelpuntvliedende krag in die natuur
en in die alledaagse lewe
GEVALLE van die werking van middelpuntvliedende krag kan eintlik oral rondom ons waargeneem word, veral by die draai van wiele.
Ons weet dat as ’n wiel toegelaat word om maar altyd vinniger en vinniger te roteer, dit naderhand aan stukke spat. Dit gebeur omdat die middelpuntvliedende krag te groot word vir die wiel se speke om te dra.
Vergelyk dit met stukkies modder wat aan jou fiets se buiteband vassit. Solank jy stadig ry, is die krag van aanklewing tussen die modder en die band genoeg om die middelpuntvliedende krag op die modder te neutraliseer, maar as die wiele vinnig genoeg draai, spat die modder af.
Maar nog meer: jy het self al, sonder dat jy jou daarvan bewus was, talle kere met middelpuntvliedende krag rekening gehou toe jy met jou fiets (of motorfiets) om skerp draaie gery het. Elke keer het jy met jou fiets en al na die binnekant van die draai oorgeleun. Waarom? Omdat daar op so ’n draai middelpuntvliedende krag op jou en die fiets voortgebring word terwyl daar geen aantrekkingskrag tussen jou en die kring se middelpunt is nie. As jy nie oorgeleun het nie, sou jy geval het, maar deur oor te leun, gooi jy genoeg van jou en die fiets se gewig na binnetoe om die middelpuntvliedende krag teë te werk. Selfs diere wat om draaie hardloop, hou onbewus rekening met middelpuntvliedende krag.
REGS: Eenkanttoe oorleun om die draai. Motorfietsryers vat die draai al “hangende” na die binnekant van die draai—alles om ’n baie goeie rede.
Jy kan nou begryp waarom die aarde nie presies bolrond is nie, maar so gevorm is dat hy by sy pole platter is as by sy ewenaar: Die aarde draai vinnig om sy as en middelpuntvliedende krag werk dus oral na buitentoe, d.w.s. in die rigting van die ewenaar. Die gevolg is ’n uitbuiting by die ewenaar en ’n afplatting by die pole.
In parke ry kinders soms op groot wiele wat vinnig al in die rondte draai. Hulle moet binnekant toe vashou om nie na buite toe af te val nie. Die traagheid van materie
DAAR is baie mense wat nie graag die ou beproefde dinge van die lewe prysgee nie. Hulle ervaar ’n traagheid om hulle by nuwe dinge aan te pas. Dit wil nie sê dat hulle nooit sal aanpas nie. Wat belangrik is, is net dat hulle nie van skielike veranderings hou nie. As jy byvoorbeeld ’n lekker lang vakansie gehad het, dan voel jy maar traag om dadelik weer hard te werk.
Dit is merkwaardig maar waar dat al die materie waaruit die heelal bestaan, ook hierdie eienskap van traagheid besit. Materie hou niks van skielike veranderings nie. Dit laat veranderings toe, maar verdra dit glad nie dat hulle skielik moet kom nie.
’n Mens kan ’n menigte voorbeelde hiervan noem: As ’n klip op straat lê, kan ek dit optel en wegdra. Die klip laat hierdie oorgang van rus na beweging toe, want die verandering vind geleidelik of stadig plaas. As ek egter die klip in ’n papiersak plaas en op straat neersit, dan sal jou tone dit gewaar as jy agterna kaalvoet daar aankom kom en besluit om die papiersak ’n lekker skop te gee. Die klip weier eenvoudig botweg om sy toestand van rus so skielik te laat verstoor.
Ons het in hierdie geval te doen met die sogenaamde rustraagheid van materie: ’n Ding wat rus, wil aanhou rus en sal nie ’n skielike verstoring van sy rus verdra nie. As jy in ’n bewegende motor is en op die gewone manier uitklim terwyl die motor aan die loop is, sal jy val en beseer word. Dit is dom om sommer af te trap en op die grond te gaan staan, want jy is saam met die motor in beweging en jy kan nie sommer skielik van daardie beweging ontslae raak nie. Jou bewegingstraagheid sal dit ten ene male nie toelaat nie, met die gevolg dat jy vir jou onbedagsaamheid moet boet.
Hier is nog ’n voorbeeld: Jy staan regop in ’n stilstaande trein. As die trein skielik vorentoe ruk, val jy agtertoe en koffers tuimel van die rakke af. Dit gebeur omdat jou rustraagheid en dié van die koffers nie ’n skielike verplasing vorentoe kan toelaat nie.
As jy die volgende keer in ’n hyser is, dink dan oor rustraagheid as dit vir jou voel of jy swaarder word, wanneer die hyser skielik begin styg, of ligter wanneer dit skielik daal.
’n Goeie krieketspeler verstaan die kuns om ’n vinnige bal te vang sonder om sy hande te beseer. Hy hou rekening met bewegingstraagheid. Hy weet naamlik dat ’n vinnige bal nie sommer meteens gekeer kan word nie, daarom het hy geleer om sy hande “saam met die bal” te beweeg wanneer hy dit vang. Sodoende bring hy dit meer geleidelik tot stilstand.
As jy ooit weer tee sou drink wat nie van die teeblare in teesakkies berei is nie, en daar dryf ’n teeblaartjie (wat jy nie wil drink nie) in jou tee, moet dit dan nie uitskep nie. Probeer net om jou koppie te draai sodat die blaartjie aan die oorkant moet drywe. Jy sal uitvind dat die moedswillige teeblaartjie nie wil padgee nie. Dit bly aan jou kant. Die verklaring is soos volg: Die tee wat in die koppie lê, sit nie aan die koppie vas nie en word dus nie gedwing om saam met die koppie te draai nie. Inteendeel, dit bly vanweë sy rustraagheid in die koppie lê, presies soos dit vóór die draaiing gelê het.
Bewegingstraagheid en rustraagheid
kom in botsing met mekaar
DIT gebeur nogal dikwels dat bewegingstraagheid en rustraagheid met mekaar in botsing kom. Een voorbeeld is waar ’n mens ’n tennisbal teen ’n muur gooi. As gevolg van sy bewegingstraagheid wil die bal hom nie sommer laat keer nie, maar vanweë sy rustraagheid wil die muur nie padgee nie. Die muur sal wen, want sy rustraagheid is baie groter as die bal se bewegingstraagheid.
Die muur vernietig nie net die beweging van die bal nie, maar verander nog boonop sy rigting en die bal spring dus terug.
Só ’n botsing tussen bewegingstraagheid en rustraagheid vind ook plaas wanneer ’n jagter met my sy geweer op ’n springbok losbrand. Die bok word nie sommer opsy gestoot deur ’n stukkie lood nie, maar die koeël word ook nie gekeer deur die sagte vleis van ’n ou bokkie nie. Die gevolg is dat die koeël dwarsdeur die bok dring.
Twee mooi eksperimente
KYK na die afbeelding van die seun by die tafeltjie (foto ’n paragraaf of twee hieronder) en probeer die eksperiment nadoen—maar doen dit eers buitenhuis totdat jy die kuns goed bemeester het. Daar lê ’n silwerskoon tafelkleedjie onder die bottel. Tussen die bottel en die potjie, wat ’n vlekkende gekleurde vloeistof soos ink bevat, lê ’n poskaart. Aan die rand van die kaart is ’n toutjie vas. Die potjie met gekleurde vloeistof is oop. Dit staan sekuur reg bokant die bottelbek.
Roep nou jou ma en moenie weifel nie, maar wees beslis en ruk die kaartjie vinnig tussen die bottel en die potjie sydelings uit. Tot groot verligting vir haar, sal die potjie nog veilig bo-op die bottelbek staan. As sy niks sê nie, en ook niks doen nie, is haar senuwees goed. Jy behoort dan aan haar, as sy nog wil luister, die geheim van jou sukses te verklaar.
LINKS: Die seun gaan die kaartjie skielik na die kant toe uitruk; dan sal die inkpot vanweë sy rustraagheid nog op die bottel bly staan.
Hier is nog ’n toertjie wat baie mense sal verbaas: Die ente van ’n gewone ronde besemstok rus in twee papierringe (die omslae van koevertpakkies is goed mits die lasse goed vasgeplak is). Die bo-ente van die ringe hang oor twee knipmeslemme, vasgehou deur twee van jou maats. Die ringe sra oral goed op die lemme (en teen die stok), en is teen die lemme platgevou om mooi styf te hang.
Jou maats word spesiaal gevra om stip te konsentreer op wat hulle moet doen en om hul hande glad nie te laat sak nie. Moenie halfhartig wees nie. Wees vasberade en gee die besemstok in sy middel ’n harde afwaartse hou met ’n ander swaar stok. Die besemstok breek aan twee stukke, maar die papierringe word nie eens deurgesny nie. Gaan dink nou nog ’n keer na oor die wonder van rustraagheid.
REGS: Die besemstok lê in papierringe wat oor twee meslemme hang. As die man die besemstok in sy middel ’n harde hou toedien, breek dit in twee, maar die papierringe word nie deurgesny nie. Die rustraagheid van die besemstok is hiervoor verantwoordelik.
Hoe sterk is swaartekrag?
DIE feit dat die universele swaartekrag so uiters belangrik is vir die bewaring van die merkwaardige ewewig wat in die groot heelal aangetref word (byvoorbeeld dat dit die hele maan aan die aarde en al die planete aan die son gekoppel hou) moet noodwendig die indruk wek dat swaartekrag ’n enorme krag is. Is hierdie waarneming juis of nie?
Hierop is die antwoord: In vergelyking met windkrag, wrywingskragte, stoomkrag, waterkrag of die spierkrag van mense en diere is die universele swaartekrag tussen voorwerpe van gewone grootte nie danig groot nie. Dit kan egter geweldig ophoop in die geval van reuse-massas soos die hemelliggame.
Tafelberg, by Kaapstad, sal vir Simonsberg, by Stellenbosch, nie met ’n enorme krag aantrek nie, want in vergelyking met die massa van die hele aarde is hul massas maar gering en boonop is hulle ’n hele ent van mekaar af.
Hiermee word twee feite in verband met swaartekrag aan die lig gebring, naamlik dat swaartekrag in die eerste plek afhang van hoe groot die betrokke massas is, en ten tweede van wat die afstand tussen hulle is. Swaartekrag neem toe namate die massas groter word, maar dit verminder vinnig met toenemende afstand. ’n Swaartekrag-toename vanweë ’n massatoename, kan dus vergoed vir ’n swaartekragafname weens ’n afstandtoename, en daarom is dit waar dat die aantrekkingskrag tussen die maan en die aarde of tussen die aarde en die son tog nog enorm is, hoewel die maan gemiddeld 384 400 kilometer van die aarde af is en die son agenoeg 400 maal verder.
Die aantrekking wat hulle as gevolg van afstand verloor, word ruimskoots goedgemaak deur die aantrekking wat hulle vanweë hul enorme massas wen.
Die leser gaan nou vertel word met watter krag die son en die aarde mekaar aantrek en moet dit probeer snap: Vooraf verseker ons jou dat ons staalkabels het wat in staat is om geweldige trekspannings te verduur, en daarby moet jy onthou dat die middelpuntvliedende krag op die aarde (as gevolg van sy kringbeweging om die son) net mooi deur die son se aantrekkingskrag gebalanseer word.
Kom ons stel nou die vraag hoeveel staalkabels, elk met ’n breekspanning van meer as
kilogram per vierkante sentimeter (en ons hét sulke kabels) nodig sal wees om teen die son se aantrekkingskrag tou te trek. Ons sal een-en-sestig duisend miljoen miljoen van hierdie kabels moet hê! Of, anders gestel: Ons kan een enkele dik kabel gebruik, dik genoeg om met sy voet die hele Afrika te bedek; en nog een wat die hele Europa vol staan en hulle twee sal saam ’n breekspanning hê wat groot genoeg is om die swaartekrag tussen die son en die aarde vas te hou.
’n Interessante vraag dring hom hier aan ons op: Wat sal gebeur as die middelpuntvliedende krag wat die aarde vanweë sy sonwenteling het, skielik verdwyn? Die antwoord is dat ’n noodlottige ewewigsverstoring sal plaasvind en dat die aarde voortgedryf deur die enorme swaartekrag wat ons hierbo beskryf het, op die 65ste dag in die son sal val, nadat dit ongeveer
150 miljoen kilometer afgelê het.
Laat ons terugkeer na Tafelberg en Simonsberg en probeer om ’n denkbeeld te kry van die aantrekkingskrag tussen hulle. Ons staan dadelik voor die moeilikheid dat ons nie weet wat die massas van hierdie berge is nie, maar nou stel ons die vraag anders. Ons kan vra: Hoe sterk trek elke tien miljoen ton van Tafelberg elke tien miljoen ton van Simonsberg aan? Die antwoord op hierdie vraag gaan jou grootliks verras, want die aantrekkingskrag is slegs so min of meer 300 gram!
Miskien sal jy nou redeneer: Hoewel 300 gram maar gering is, is dit nietemin ’n aantrekkingskrag. Waarom skuiwe Simonsberg en Tafelberg dan nie na mekaar toe nie? Hierop is die antwoord: As Simonsberg en Tafelberg albei op ’n laag ys gerus het wat volmaak glad was (gladder as die gladste seep) en as die invloed van alle omringende massas verwyder kon word, dan sou hulle na mekaar toe geskuiwe het. En wil jy weet hoe vinnig? Dit sou hulle byna twee uur gekos het om twee, drie sentimeter nader aan mekaar te skuiwe, maar algaande sou hul snelheid aangegroei het.
Swaartekrag oorheers natuur en mens
IN vergelyking met die aarde en die son se massas is tien miljoen ton by Kaapstad en tien miljoen ton by Stellenbosch so goed as niks. ’n Mens kan dus begryp waarom die swaartekrag tussen Tafelberg en Simonsberg so gering is.
Terselfdertyd kan jy verstaan waarom jy nie kan voel as ’n vliegtuig wat bokant jou kop in die lug is, jou opwaarts trek nie. Jy weeg miskien maar 60 kilogram. Jy en die vliegtuig is albei klein en lig en daarom is die aantrekkingskrag tussen julle nietig. Maar vervang nou die vliegtuig deur die hele aarde waarop jy staan. Dan verander die saak, want die aarde is só groot dat dit jou aantrek met ’n krag van 60 kilogram, d.w.s. ’n krag gelyk aan jou eie gewig. Die aantrekkingskrag van die aarde op ’n liggaam is eenvoudig die gewig van daardie liggaam.
Jy kan maklik op ’n groot bal staan, maar jy kan nie op die bal bly as dit onderstebo gedraai word nie. Ons aarde is ’n groot bal. Dit draai om en om. Het jy al ooit gedink waarom jy nie afval nie? Dit is ook nie vir jou snaaks dat jy op die grond kan staan nie, maar het jy al daaraan gedink dat reg onder jou voete aan die ander kant van die aarde, daar mense is wat met hul voete na jou toe staan en dus aan die aarde “hang”?
REGS: Die aarde trek hierdie mense almal na sy sentrum toe aan. Dit verklaar waarom hulle almal op die aarde kan “staan” en nie “afval” nie.
Foto van aardbol: GSFC/NASA
’n Magneet trek ’n speld aan. Jy kan die magneet sien, jy kan die speld sien en jy kan ook die speld se beweging sien, maar jy kan nie die magnetiese krag self sien nie. Daardie wonderbaarlike swaartekrag wat aan jou gewig gee; wat verhinder dat ek en jy, en die mense onder ons voete, van die aarde af val; wat die atleet terugruk aarde toe ná ’n hoogspring; wat my te hulp kom wanneer ek afdraand stap, maar my hinder wanneer ek bergklim; wat water beveel om rivier af te stroom, maar dit verbied om opdraand te vloei; wat keer dat die maan van die aarde af padgee; wat die oorsaak is van die daaglikse hoogwater en laagwater in die oseane; wat daarvoor sorg dat al die water wat uit die see verdamp, altyd weer in die vorm van reën, ryp, kapok, sneeu en hael na die aarde toe terugkeer; en wat help om die ewewig van die ganse heelal te bewaar, is net so ’n onsigbare, maar juis daarom so ’n uiters geheimsinnige krag.
Ons het elke dag ons lewe aan swaartekrag te danke
DIT gebeur dikwels dat ontevrede werkers weier om met hul werk voort te gaan. Ons kan dankbaar wees dat die universele swaartekrag nooit staak nie, maar met onfeilbare getrouheid dag ná dag, jaar in en jaar uit, onvermoeid voortwerk. As swaartekrag sou staak, sou dit klaarpraat met ons aardbewoners wees. Dat hierdie bewering nie oordrewe is nie, moet elke mens toegee, want ons weet goed dat as ’n mens ’n klip aan die punt van ’n toutjie al in die rondte swaai en die toutjie breek skielik, dan trek die klip ver en vinnig van jou hand af weg.
Vergelyk dit met ons aarde wat al in die rondte om die son draai. Daar is nie ’n tou om die aarde aan die son gekoppel te hou nie, maar daar is die universele swaartekrag. As swaartekrag dus sou weier om te werk, sou ons aarde vinniger as die vinnigste koeël van die son af wegtrek. Ál minder en minder sonstrale sou ons bereik; die aarde sou donkerder en donkerder word; plantegroei sou weens ’n gebrek aan sonlig en warmte gestrem word en naderhand ophou bestaan; mens en dier sou verkluim; en die aarde sou ’n lewelose verlate plek word, doelloos en met ’n dolle vaart, die grenselose ruimte ingeslinger.
Maar buiten hierdie rampspoedige gevolge van ’n swaartekragstaking sou daar nog ander wees: Ons weet almal dat die atmosfeer (dampkring) van ons aarde ’n diep luglaag is, wat die hele aarde omring en oral daarop rus. Swaartekrag stel die aarde in staat om sy luglaag deur aantrekking vas te hou en oral met hom mee te neem, al beweeg hy ook hoe om die son en al neem die son hom ook waarheen tussen die sterre.
As die aarde se swaartekrag sou staak, sou ons ons atmosfeer, wat tegelykertyd die aarde se warm kombers is, verloor. Mens en dier en plant sou dan omkom weens gebrek aan lug. Om dieselfde rede sou al die water wat uit die oseane verdamp, die aarde vir goed verlaat; die oseane sou dus opdroog; daar sou nie meer wolke wees nie, nie meer reënboë nie, nie meer sneeustorms, hael- of donderstorms nie, en ’n doodse stilte sou oor die hele aarde kom, want ook geluide is onmoontlik sonder lug.
Maar nog meer: Die hele aarde sou aan flenters breek en die grotere flenters self, sou verder verflenter.
Die mens se stryd teen swaartekrag
AS in aanmerking geneem word hoe volkome afhanklik ons van swaartekrag is, dan klink dit voorwaar vreemd om van die mens se stryd teen swaartekrag te praat. Die mens, liggaamlik self maar swak, beskik egter oor ’n verbasende breinkrag; hy lê groot ondernemingsgees aan die dag en hy smee merkwaardige planne.
Vandag wil hy, omdat sy eie kragte ontoereikend is, die hulp van swaartekrag inroep; môre bring sy lugkastele hom in botsing met swaartekrag en dan wil hy dit uitoorlê. Só duur die stryd voort en niemand weet waar dit nog sal eindig nie.
Laat ons daardie stryd baie kortliks in oënskou neem: Die heel laastes van die sowat veertig piramides van Egipte is omtrent 4000 of meer jare gelede gebou. Die grootste van hulle staan bekend as een van die sewe wonders van die antieke wêreld. Baie van die stene wat daar ingebou is, weeg meer as vyftig ton.
Selfs die moderne mens, wat oor geweldige masjiene beskik, staan verstom voor die vraag: Hoe het die mense wat in die gryse verlede daardie piramides gebou het, daarin geslaag om ten spyte van swaartekrag, sulke geweldige groot stene te beweeg, op te lig en in posisie te lè?
Die voltooiing van die Panama-kanaal jare gelede is in menige opsig een van die triomfe van die vindingryke mens in sy stryd teen swaartekrag.
Die mens kon dit ook nie kleinkry dat die voëls van die hemel so lekker rondvlieg, terwyl hy self deur swaartekrag aan die aarde vasgepen bly nie. Hy begin toe eers vlieërs en ballonne in die lug opstuur en werk met onvermoeide ywer voort todat hy later in staat was om, ten spyte van swaartekrag, self ook met behulp van vliegtuie en lugskepe in die lug rond te ry.
Hy het egter gou-gou uitgevind dat sy vliegtuigmotore hom in die steek kan laat, of dat sy voertuig aan die brand kan raak, en dat hy dan gevaar loop om hom onder die voortdrywing van swaartekrag dood te val, tensy hy ’n veilige landing kan bewerkstellig indien hy sou uitspring. In hierdie stryd teen swaartekrag is die valskerm gebore, waarmee die mens vandag nie net homself nie, maar ook sy voedsel, sy medisyne en sy wapens, net waar hy wil, veilig uit die lug op die aarde kan neerlaat.
En dan is die kroon in die mens se stryd om die stoflike hemele ’n deel van sy leefwêreld te maak, in die laaste helfte van die twintigste eeu gespan toe hy ook die ruimte kon oorwin en selfs op die maan kon land.
LINKS: Die Brits-Amerikaanse ruimtevaarder Michael Foale vind dat dit aan boord van die Internasionale Ruimtestasie maklik is om vrugte soos ’n sirkusnar op te gooi en weer te vang sonder dat die aarde se swaartekrag die vrugte ondertoe trek. Die rede vir die sogenaamde “gewigloosheid” wat ondervind word aan boord van ’n ruimtetuig wat om die aarde wentel, is dat die mense en dinge daarin voortdurend besig is om vanweë die aarde se swaartekrag na die aarde te val—maar as gevolg van die snelheid van die omwentelingstuig wat wil-wil wegbreek om sy eie koers in die ruimte in te slaan, is hulle ook gedurig besig om die aarde mis te val!
Maar ook in ander opsigte moet die mens ’n stryd teen swaartekrag voer. Hy moet lewe en sy voedsel uit die grond haal deur grondbewerking. Hy is dus genoodsaak om sy grond te versorg en te bewaar, maar die natuur om hom heen is soms roekeloos ru en onstuimig. Die natuur word soms gekenmerk deur hewige storms as gevolg waarvan geweldige grondverspoelings plaasvind. Tydens sulke storms voer watervalle en riviere, kragtig bygestaan deur swaartekrag, jaarliks duisende miljoene tonne vrugbare aarde na die see.
Dit gebeur ook tydens storms dat haelstene, voortgedryf deur swaartekrag, die mens se oeste vernietig en kilometers ver die grootste verwoesting saai. Aan hierdie front van sy stryd teen swaartekrag is die mens nog dikwels magteloos.
Maar op ander gebiede word swaartekrag wonderbaarlik getem en is daar ook allerhande planne om dit tot die mens so voordeel te benut. Nie die minste nie is die opwekking van hidroëlektriese krag met water wat as gevolg van swaartekrag uit damme vloei om turbines te laat draai.
Só is die mens voortdurend daarop uit om op alle moontlike maniere swaartekrag as sy bondgenoot te gebruik. Daarteenoor is hy ewe vasberade om, indien nodig, sy stryd teen hierdie onverbiddelike natuurkrag hardnekkig voort te sit. MIELIESTRONK-BYVOEGING, 8 Maart 2012 Swaartekrag en donker energie
STERREKUNDIGES weet hoeka dat die groot heelal steeds al hoe groter word namate die sterre, gasse en ander dinge daarin met duiselingwekkende snelhede besig is om uiteen te beweeg.
Nou het sekere van die geleerdes tot die slotsom gekom dat hierdie uitdying van die heelal gereguleer word deur swaartekrag enersyds, wat die uitdying vertraag, sowel as deur ’n raaiselagtige sogenaamde donker energie, wat op sy beurt materie en ruimte uitmekaar druk.
Wat meer sê, kenners meen dat donker energie die heelal al hoe vinniger en vinniger uiteen dwing, wat meebring dat ons waarneembare materiële werklikheid in der waarheid toenemend uitdy.
Nuwe bevindings danksy NASA se wentelende ruimteteleskoop Galaxy Evolution Explorer en die Anglo-AustralieseTeleskoop op Siding Spring Mountain in Australië bevestig dat donker energie ’n egalige krag is wat tans die uitwerking van swaartekrag oorheers. Die bevindings is gegrond op die noukeurige meting van die skeidings tussen pare sterrestelsels of galaksies.