Eötvös Effect: jawel, de aarde draait rond

Het Eötvös-effect is de verandering in waargenomen zwaartekrachtversnelling bij het verplaatsen van oost naar west of omgekeerd. Een object weegt meer wanneer het naar het westen beweegt dan wanneer het stilstaat of naar het oosten beweegt.

Het effect werd ontdekt door de geofysicus Loránd Eötvös, die in de jaren 1900 het verschil opmerkte in zwaartekrachtmetingen op bewegende schepen. Hij ontdekte dat zijn metingen lager waren wanneer de boot naar het oosten voer en hoger wanneer deze naar het westen ging. Hij identificeerde dit voornamelijk als een gevolg van de rotatie van de aarde.

De rotatie van de aarde veroorzaakt een centrifugale versnelling, een schijnkracht weg van de rotatieas van de aarde. Langs de evenaar is de centrifugale versnelling het grootst en bedraagt ongeveer 0,03 m/s².

Naar het oosten reizend beweegt een object in dezelfde richting als de rotatie van de aarde en krijgt het dan ook een grotere absolute snelheid, wat op zich dan weer resulteert in een hogere centrifugale versnelling.

Omgekeerd betekent een westwaarts verplaatsing dat je je tegen de rotatie van de aarde in beweegt. De snelheden heffen elkaar op en resulteren in een kleinere absolute snelheid met als resultaat een kleinere middelpuntvliedende versnelling.

Ondertussen blijft de valversnelling van de aarde in beide gevallen constant. Het verschil in centrifugale versnelling bij oost- en westwaartse beweging resulteert in een klein doch meetbaar verschil in neerwaartse versnelling. Een object weegt meer wanneer het naar het westen beweegt en minder wanneer het naar het oosten beweegt.

Een praktisch voorbeeld

Laten we eens kijken naar de berekening van een voorbeeld. We vliegen in een vliegtuig over de evenaar en nemen een gewicht van 1000 gram en een op zeeniveau gekalibreerde weegschaal. Wanneer we met een snelheid van 925 km/h en op een hoogte van 12,5 km vliegen, zal de weegschaal 991 gram aangeven in de richting van het oosten en 999 gram richting het westen. Er zal dus een verschil van 8 gram ontstaan als gevolg van het Eötvös-effect.

Bijkomend resulteert de hoogte van het vliegtuig in een kleinere valversnelling omdat het zich op kruishoogte verder van het zwaartepunt van de aarde bevindt.

Deze berekening werd gedaan met behulp van de online calculator ‘Centrifugal and Gravitational Acceleration in an Aircraft’ die terug te vinden is op de blog van Walter Bislin.

Een experiment

Referenties

Menselijke perceptie van snelheid en versnelling

Aan boord van een vliegtuig op kruissnelheid zullen we niet voelen dat we aan een snelheid van 900 km/h voortbewegen. Maar wanneer het vliegtuig versnelt, vertraagt, draait of verandert van hoogte, kunnen we dit eenvoudig voelen.

Hetzelfde gebeurt met de beweging van de aarde. Door de aardrotatie zal het aardoppervlak ter hoogte van de evenaar een lineaire snelheid hebben van ongeveer 1 656 km/h. We voelen dit echter niet aangezien deze snelheid constant is; met andere woorden, er is geen versnelling of vertraging.

Een eenparig cirkelvormige beweging, zoals de aardrotatie, heeft nog een andere eigenschap: de centripetale versnelling. Een persoon in een roterend referentiekader zal een middelpuntvliedende buitenwaartse versnelling of kracht ervaren. De aardrotatie creëert een buitenwaartse versnelling van 0,03 m/s² ter hoogte van de evenaar. We voelen deze middelpuntvliedende kracht gelijktijdig met de zwaartekracht. In feite wordt in de grootheid 9,8 m/s², die gebruikt wordt om de valversnelling aan te duiden, reeds deze middelpuntvliedende versnelling geïmplementeerd.

Zonder andere zintuiglijke informatie, bekomen met ons zicht en gehoor, voelen we enkel versnelling, maar geen snelheid. Het evenwichtsorgaan (of vestibulair systeem) in ons oor verzamelt informatie over beweging en balans. Op deze manier kunnen we rechtop lopen en zelfs geblinddoekt weten waar boven en beneden is.

Om dus te achterhalen welke snelheid een vliegtuig heeft, gebruiken we best visuele waarnemingen. Naar buiten kijkend observeren we de bewegende objecten op de grond en in de lucht en concluderen we dat we wel degelijk in beweging zijn.

De versnellingslimieten die kunnen waargenomen worden door mensen

Nesti et al (2013) verzamelde de resultaten van verschillende onderzoeken. Hun conclusie is dat de laagst waar te nemen versnelling 0,02 m/s² bedraagt.

Middelpuntvliedende versnelling als gevolg van de aardrotatie en aardrevolutie

De aardrotatie veroorzaakt een middelpuntvliedende versnelling van 0,03 m/s² ter hoogte van de evenaar. Dit is een lage waarde vergeleken met de valversnelling. Bovendien ervaren we beide versnellingen gelijktijdig. In feite wordt in de grootheid 9,8 m/s², die gebruikt wordt om de valversnelling aan te duiden, reeds deze middelpuntvliedende kracht geïmplementeerd.

De aardrevolutie rond de zon genereert een middelpuntvliedende versnelling van ongeveer 0,006 m/s². Dit is ruim onder onze waarnemingslimiet. Bovendien bevinden we ons in een baan om de zon en ervaren we een constante vrije val. Wij en onze omgeving hebben dan ook een even grote versnelling naar de zon toe dan deze buitenwaartse versnelling. Hierdoor wordt, waargenomen vanuit ons dagelijks referentiekader, onze buitenwaartse versnelling teniet gedaan.

“Maar een vliegtuig is een gesloten systeem, in tegenstelling tot de aarde!”

Sommige Platte Aarders keuren de vergelijking met een vliegtuig af omdat de lucht in een vliegtuig ‘afgescheiden’ is van de lucht buiten het vliegtuig, terwijl onze atmosfeer ‘niet afgescheiden’ is van de ruimte.

Deze redenering is incorrect; de atmosfeer draait immers met de aarde mee. Zo niet zouden we windsnelheden van meer dan 1 600 km/h moeten ervaren op de evenaar!

De vergelijking met een vliegtuig is prima omdat de lucht in het vliegtuig ook met het toestel mee beweegt. Dit gebeurt ook met de aarde en onze dampkring.