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Das Äquivalenzprinzip besagt: Die Gesetze der Physik in einem Gravitationsfeld sind dieselben wie in einem beschleunigten Bezugssystem in einem gravitationsfreien Raum. Dies gilt jedoch nur für homogene Gravitationsfelder. Das sind Gravitationsfelder, die überall in dieselbe Richtung zeigen und überall gleich stark sind.
Dies ist bei natürlichen Gravitationsfeldern nur näherungsweise in einem kleinen Ausschnitt der Fall. Das Gravitationsfeld eines Planeten zeigt einerseit von jeder Stelle im Raum immer zum Zentrum des Planeten und andererseits nimmt seine Stärke mit dem Abstand im Quadrat ab (
In einem Labor, das im Vergleich zu einem Planeten winzig ist und über einen kurzen Zeitabschnitt betrachtet, kann man jedoch das Gravitationsfeld eines Planeten als homogen betrachten.
In einem unbeschleunigten Lift fern aller Massen herrscht Schwerelosigkeit. Das Gleiche gilt auch für einen frei fallenden Lift in einem Gravitationsfeld. Denn alles, der Lift und der Inhalt, wird exakt gleich stark in dieselbe Richtung beschleunigt, sodass unter den Objekten im Lift und dem Lift selbst keine realtive Beschleunigung feststellbar ist. Dies ist die Situation, in der sich Astronautem befinden, wenn sie in einem Raumschiff um die Erde kreisen.
Wenn ein Lift in einem homogenen Gravitationsfeld frei fällt, herrscht im Inneren perfekte Schwerelosigkeit. Wie sieht es aber aus, wenn der Lift in einem natürlichen, nicht homogenen Gravitationsfeld frei fällt? Wie wirkt sich das inhomogene Gravitationsfeld eines Planeten aus? Kann eine Person im Lift herausfinden, ob sie sich in der Nähe eines planetaren Gravitationsfeldes befindet oder im gravitationsfreien Raum?
Die Antwort ist: JA. Über einen genügen langen Zeitabschnitt betrachtet, kann man die inhomogenität des natürlichen Gravitationsfeldes messen.
Verteilt man vier beliebige Objekte wie im Bild links gezeigt, so erfahren diese Objekte im natürlichen inhomogenen Gravitationsfeld jedes eine etwas andere Beschleunigung. Die Beschleunigung ist näher am Planeten etwas grösser, als weiter weg und die Beschleungigungsvektoren zeigen auf einen gemeinsamen Punkt. Die Beschleunigung des Liftes selbst entspricht dem Mittelwert und greift im Zentrum des Liftes an.
Diese Konstellation bewirkt, dass vom Lift aus gesehen die Objekte sich beginnen in unterschiedliche Richtungen zu beschleunigen. Die Objekte links und rechts streben zur Mitte hin wogegen die Objekte oben und unten von der Mitte weg streben (Bild rechts).
Würde man statt einzelner Objekte eine kugelförmige Gaswolke oder eine Wasserkugel nehmen, so könnte man mit der Zeit eine entsprechende Deformierung beobachten. Die Kugel würde horizontal gequetscht und vertikal gedehnt werden. Das ist genau das, was das Gravitationsfeld des Mondes mit dem Meer auf der Erde macht, was zu Flut und Ebbe führt. Die entsprechenden Kräfte nennt man Gezeitenkräfte (engl. Tidal Forces).