plaatje - SVAT Astatine - Universiteit Twente

More documents

Recommendations

Info

Cavendish was minstens zo excentriek als Newton. Hij was haast ziekelijk schuw; elke vorm van menselijk contact was voor hem een grote bron van ongemak. Hij communiceerde met zijn werkster middels brieven en als hij zich vertoonde in het openbaar had hij het liefst dat mensen naast hem in de lucht praatten zonder naar hem te kijken, alsof hij er niet was. Naast solitair was hij bijzonder rijk omdat hij de kleinzoon was van de hertog van Devonshire en de hertog van Kent. Deze eigenschappen stelden hem in staat om zijn huis om te bouwen tot een gigantisch laboratorium waar hij alle gebieden van de wetenschap aan experimenten onderworp. Zo gaf hij zichzelf bijvoorbeeld elektrische schokken in toenemende intensiteit waarbij hij noteerde hoeveel pijn dat deed en was hij de eerste die waterstof isoleerde en combineerde met zuurstof om water te maken. Toen hij 67 was, richtte hij zich op de machine van Michell, die bestond uit een verzameling (contra) gewichten, pendula, assen en torsiedraden (figuur 1). Midden in het apparaat bevonden zich twee loden ballen van bijna 160 kg die naast twee lichte ballen waren opgehangen. Het idee was om de gravitationele aantrekkingskracht tussen deze ballen te meten. Na het in elkaar zetten van de machine moesten er bijna een jaar lang 17 intergerelateerde metingen verricht worden voordat de gravitatieconstante, en daarmee de massa van de aarde (wat het eigenlijke doel van zijn experiment was), eruit rolde: 6,673×10−11 m3 kg-1 s-2 , waarmee hij de massa van de aarde vaststelde op ongeveer 6×1021 kg. Verbazingwekkend genoeg wijkt deze waarde maar 1% af van de huidige waarde. Figuur 1: Het apparaat van Michell, waarmee Cavendish de gravitatieconstante bepaalde. Nu de formule compleet was, kon er mee gewerkt worden en waarschijnlijk het meest bekende en invloedrijkste voorbeeld is wel de ontdekking van Neptunus. Na de ontdekking van Uranus door eerdergenoemde William Herschell in 1781 werd al snel duidelijk dat er enkele onregelmatigheden waren in zijn baan. In 1821 bedacht Alexis Bouvard dat er een achtste planeet zou 18 kunnen zijn die door zijn zwaartekracht de baan van Uranus verstoorde. In 1845 berekende Urbain Le Verrier de baan van deze hypothetische achtste planeet en toen Johann Gottfried Galle zijn telescoop op de berekende locatie richtte ontdekte hij in 1846 Neptunus. Ironisch genoeg was het de baan van een andere planeet die Newtons theorie ontkrachtte, want hoe prachtig de wetten van Newton ook schitterden in hun eenvoud, er waren enkele zaken die er niet mee verklaard konden worden. Allereerst was er een fundamenteel probleem met Newtons beschrijving van zwaartekracht, hij wist namelijk niet waar het vandaan kwam en hoe het overgebracht werd. Newton schreef hierover: “That one body may act upon another at a distance through a vacuum without the mediation of anything else, by and through which their action and force may be conveyed from one another, is to me so great an absurdity that, I believe, no man who has in philosophic matters a competent faculty of thinking could ever fall into it.” Er was echter nog een praktisch probleem: de gemeten periheliumprecessie van de planeten bleek niet overeen te komen met de berekende waarden. Voor een planeet die een baan om de zon volgt is het perihelium het punt waarop hij zich het dichtst bij de zon bevindt; het aphelium is dan het punt dat zich het verst van de zon bevindt. Precessie is het veranderen van de richting van de as van een roterend object (in het geval van planeten is dit dus een rechte lijn die het perihelium en het aphelium snijdt). Periheliumprecessie is dus het roteren van de omloopbaan om het perihelium. Dit wordt veroorzaakt door de invloed van zwaartekracht van andere planeten die de baan verstoren en in mindere mate doordat de zon geen perfecte bol is maar een afgeplatte bol, net als de aarde (wat weer een gevolg is van het draaien van de aarde om zijn eigen as). Dit probleem werd vooral zichtbaar bij de planeet Mercurius, omdat deze het dichtst bij de zon staat en een korte omlooptijd heeft. Er was nog een derde probleem dat Newtons theorie teisterde. Al in 1784 voorspelde John Michell (die het apparaat bedacht waarmee Henry Cavendish de gravitatieconstante voor het eerst mat) op basis van Newtons gravitatiewet dat sterrenlicht om massieve objecten zou buigen (gravitational lensing). Echter werd er maar de helft van de waargenomen waarde berekend. De druppel die de emmer deed overlopen en Einstein aanzette tot het publiceren van algemene relativiteit in 1915, was dat Newton had aangenomen dat zwaartekracht instantaan moest zijn, omdat propagatievertraging zou leiden tot instabiele banen, zijn vergelijkingen waren immers onafhankelijk van tijd. Dit ging tegen Einsteins speciale relativiteit in en dus concludeerde Einstein dat Newton fout zat.
Einstein had 10 jaar eerder een pittig jaar achter de rug. Sommigen noemen 1905 ook wel het “annus mirabilis”, ofwel wonderjaar. Niet alleen schreef Einstein over het foto-elektrisch effect, waar hij stelde dat licht in kwanta is opgedeeld met een energie die gerelateerd is aan de frequentie van het licht en zo het foton uitvond, ook schreef hij over Brownian motion, waardoor hij de weg baande voor atomen en statistische thermodynamica. Bovendien introduceerde hij zijn speciale relativiteit. Dit was een bijzonder stuk schrijven in de zin dat het maar 5 namen noemde van andere wetenschappers en geen enkele referentie naar andere publicaties, maar ook vanwege zijn radicale nieuwe theorie van tijd, afstand, massa en energie. Eerst paste hij Galileo’s relativiteitsprincipe, die stelt dat de natuurwetten hetzelfde zijn voor elk niet-accelererend referentiekader (inertiaalstelsel), toe op de wetten van elektrodynamica, optica en mechanica. Vervolgens stelde hij dat de snelheid van het licht dezelfde waarde heeft in alle referentiekaders, onafhankelijk van de staat van beweging van het lichaam dat het licht uitzendt. De gevolgen hiervan waren onder andere tijddilatie, lengtecontractie en de equivalentie van massa en energie. Er was echter een ding dat miste: zwaartekracht. Zwaartekracht kwam aan bod toen Einstein zijn algemene relativiteit onthulde. Aan de basis van deze theorie ligt een zeer belangrijk principe, het equivalentieprincipe. Later noemde Einstein dit “The happiest thought of my life”. Dit principe stelt dat trage massa en zware massa dezelfde zijn. Wanneer je hier bij stil staat is dit best een opmerkelijk feit: de eigenschap die bepaalt hoe sterk de zwaartekracht op een object werkt, is dezelfde als de eigenschap die de weerstand tegen versnelling van welke kracht dan ook bepaalt. Om dit idee te verduidelijken helpt een gedachteexperiment wellicht. Stel dat je zo geconcentreerd de ATtentie aan het lezen was dat je niet hebt gemerkt dat buitenaardse wezens je hebben opgestraald en dat je je nu in hun ruimteschip bevindt dat met 9,81 m/s2 accelereert naar hun thuisplaneet. Je staat op om een Vulkoek Royaal te gaan halen in de Astatinekamer en laat per ongeluk de ATtentie vallen. Omdat de ATtentie gewoon op de grond valt concludeer je dat je nog steeds op aarde bent. Op dat moment kijk je uit het raam en zie je dat je je niet meer op aarde bevindt (figuur 2). Het punt is dat je geen onderscheid kunt maken tussen een ruimte die stilstaat of met constante snelheid beweegt en waar de ATtentie door zwaartekracht accelereert en op de grond valt en een stilstaande of met constante snelheid bewegende ATtentie die geraakt wordt door een ruimte die met een constante acceleratie naar boven beweegt. Tevens is er dus geen verschil tussen gewichtloosheid in de ruimte, ver weg van zwaartekracht en gewichtloosheid ATtentie Periodiek der S.V.A.T. Astatine | Jaargang 3 | juli 2009 Katana: Japanse zwaardsmeedkunst Nieuwe studieadviseur Pi 3-5 Taipei 101 Figuur 2: Het equivalentieprincipe; er is geen verschil tussen zware en trage massa. op aarde tijdens een vrije val. Stel nu dat je een zaklamp zou hebben in je ruimteschip en dat je die perpendiculair op de bewegingsrichting zou laten schijnen. Omdat je ruimteschip omhoog accelereert zal het pad dat het licht volgt naar beneden lijken te buigen, omdat de vloer van het ruimteschip naar boven komt. Dankzij het equivalentieprincipe kunnen we het ruimteschip vervangen door zwaartekracht en concluderen dat het pad dat het licht volgt door een zwaartekrachtsveld gebogen is. Een van de fundamentele principes in de optica is het principe van Fermat dat stelt dat licht altijd het pad neemt met de minste reistijd. Aangezien licht in vacuüm een constante snelheid heeft (volgens Einsteins speciale relativiteit), betekent dit dat het de kortst mogelijke afstand probeert af te leggen. In platte Euclidische ruimte is de kortste afstand tussen twee punten (een geodeet) een rechte lijn. Einstein kon dus maar één conclusie trekken: de ruimte is niet Euclidisch, maar gekromd, want het licht volgt een gekromde baan. Als de aarde een plat oppervlak gehad zou hebben, zouden we deze kunnen beschrijven als een 2-dimensionaal gebogen vlak (je hebt immers maar twee coördinaten nodig om je positie te bepalen). Op een soortgelijke wijze kan het heelal volgens Einstein beschreven worden met 4-dimensionale ruimte-tijd. In deze ruimte-tijd heeft elk punt 4 coördinaten: 3 ruimtelijke coördinaten en 1 tijdscoördinaat. Objecten die rijk zijn aan massa en/of energie (zoals planeten) oefenen een invloed uit op de ruimte-tijd en vervormen deze. Het gevolg hiervan is zwaartekracht. Je kunt je dit voorstellen als een rubberen deken waar een bowlingbal op ligt. De rubberen deken is de ruimte-tijd en de bowlingbal is een massief object, bijvoorbeeld een planeet. Onder de invloed van het gewicht van de bowlingbal zal de deken indeuken en wanneer een golfbal langs de bowlingbal wordt gerold zal deze afbuigen naar de bowlingbal. Het is dus niet zo dat er een kracht op de g ATtentie Periodiek der S.V.A.T. Astatine | Jaargang 3 | juli 2009 Katana: Japanse zwaardsmeedkunst Nieuwe studieadviseur Pi 3-5 Taipei 101 19
Page 1 and 2: ATtentie Periodiek der S.V.A.T. Ast
Page 3 and 4: Van de redactie Wanneer je dit lees
Page 5 and 6: Activiteitenkalender Wat is er alle
Page 7 and 8: wisselen zonder dat de rest van de
Page 9 and 10: Windows 7 Vista gefinetuned Haast o
Page 11 and 12: ALA Actieve Leden Activiteit Vele h
Page 13 and 14: En na de studie? Toen ben ik geprom
Page 15 and 16: Lang leve het telraam Over NOOPs en
Page 17: {titel} Exposé: zwaartekracht {sub
Page 21 and 22: {titel} Advertorial ASML {subtitel}
Page 23 and 24: Vermogen in water De vermogens in d
Page 25: {titel} Bierproefavond {subtitel} Z
Page 28 and 29: De eerste heet Verkeerd Spoor. Op s
Page 30 and 31: Concentratie Je bent net begonnen o
Page 32 and 33: {titel} Prijspuzzel {subtitel} Win
Page 34: {titel} Colofon {subtitel} Wie make

plaatje - SVAT Astatine - Universiteit Twente

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?