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Die Physik

Die Gravitation und deren Auswirkung auf Massen:
Die Gravitation ist die Schwerkraft oder im Fall der Erde die Erdanziehung. Sie wirkt nur anziehend, das heißt Effekte wie eine "Gravitationsabstoßung" oder "Antigravitation" wurden bisher nicht beobachtet und werden es wohl auch nicht. Physikalische Objekte, die eine Masse besitzen, ziehen sich gegenseitig an. Die Stärke der Gravitation ist proportional zu den Massen der Wechselwirkungspartner (m1 und m2). Die Reichweite der Gravitation ist unendlich.
Isaac Newton hat die Gesetzmäßigkeit dieses Phänomens mathematisch beschrieben. Die Gravitationskraft zwischen zwei Punktmassen m1 und m2 berechnet sich in der Newtonschen Theorie wie folgt:
F = Grav.konst. * m1*m2/r^2
mit F = Gravitationskraft zwischen beiden Punktmassen (in N), r = Abstand zwischen beiden Punkten (in m) und der Gravitationskonstante = 6.67259 * 10^-11 m^3 * kg^-1 * s^-2
Die Newtonsche Gravitationstheorie war die erste physikalische Theorie, die sich in der Astronomie anwenden ließ, die Keplerschen Gesetze ableitete, Vorhersagen (etwa von Kometen) erlaubte und die Dynamik des Sonnensystems verständlich machte.
Die Newtonsche Gravitationstheorie kam erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts in ernsthafte Schwierigkeiten, da sie im Widerspruch zu Einsteins Spezieller Relativitätstheorie stand. Bei Newton ist die Gravitation eine Fernwirkungskraft. Das bedeutet, dass sich eine Änderung der Quelle instantan im gesamten Raum auswirkt. In der Speziellen Relativitätstheorie würde jedoch eine instantane Ausbreitung wegen der Relativität der Gleichzeitigkeit zu Problemen führen. Diese Unvereinbarkeit veranlasste Albert Einstein dazu, seine Allgemeine Relativitätstheorie zu formulieren, in der die Gravitation durch Krümmungen der Raumzeit hervorgerufen wird, welche sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Nach Einstein müsste es so genannte Gravitationswellen geben, die bei Änderungen von Massen-"Quellen" (z.B. Sternexplosionen) auftreten, allerdings konnten sie bis heute, wohl aufgrund fehlender feinerer Messmethoden, noch nicht direkt nachgewiesen werden.
Die Newtonsche Gravitationstheorie bleibt jedoch ein Grenzfall von Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie.
Falls die Gravitation eine Quantenfeldtheorie ist (Quantengravitation), sollte das Graviton, ein bislang noch nicht nachgewiesenes, hypothetisches Teilchen, existieren. Das Graviton hätte dann eine dem Photon der elektromagnetischen Wechselwirkung analoge Rolle.
Die Gravitation ist im Kleinen die schwächste der vier Fundamentalkräfte der Physik. Sie dominiert aber auf große Entfernungen die Dynamik des Weltraums.
Die Gravitation an einem Punkt einer kugelförmigen Massenverteilung ist stets so groß wie die Gravitation einer Punktmasse in ihrem Schwerpunkt, deren Masse gerade der Teil der Gesamtmasse ist, der näher am Schwerpunkt liegt (also die Masse "unterhalb" des Punktes). Innerhalb einer homogenen Kugel bedeutet das, dass die Gravitationskraft proportional zum Abstand vom Mittelpunkt ist.
Die Gravitation einer homogenen Kugel mit Masse m1 im Vakuum (Modell der Planeten) ist daher an ihrer Oberfläche am größten und ist dort gleich der Gravitation einer Punktmasse der Grösse m1 in ihrem Zentrum.
In einem System mit mehr als 2 Massenpunkten kommt das Superpositionsprinzip zum tragen. Die Effekte der Gravitation von verschiedenen Massenpunkten auf eine Masse werden addiert. An jedem Ort im System kann ein resultierendes Gravitationsfeld bzw. auf jede Masse eine resultierende Gravitationskraft berechnet werden.
Die Gravitationskräfte wirken – wie alle Kräfte – beschleunigend auf diejenigen Massen auf die sie angreifen. In dem in diesem Rahmen behandelten (nicht relativistischen) Fall beträgt die Beschleunigung nach Newtons 2. Gesetz:
a = F / m
in die Richtung des resultierenden Gravitationskraftvektors.