Gravitation

Die Schwerkraft, oder Gravitation, ist eine der fundamentalen Kräfte des Universums. In diesem Artikel diskutieren wir sie in drei Teilen:

  1. Alltagssinn: die Kraft, die bewirkt, dass Gegenstände auf den Boden fallen
  2. Newtonsche Gesetze: Wie die Schwerkraft das Sonnensystem und die meisten astronomischen Großobjekte zusammenhält
  3. Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie: die Rolle der Gravitation im Universum

Einige Physiker glauben, dass Gravitation durch Gravitonen verursacht wird, aber sie sind sich noch nicht sicher.

Künstlerkonzept der Gravity Probe B, die die Erde umkreist, um die Raumzeit zu messen, eine vierdimensionale Beschreibung des Universums einschließlich Höhe, Breite, Länge und Zeit.
Künstlerkonzept der Gravity Probe B, die die Erde umkreist, um die Raumzeit zu messen, eine vierdimensionale Beschreibung des Universums einschließlich Höhe, Breite, Länge und Zeit.

Geschichte der Gravitationstheorie

Galileo

Laut einem seiner Schüler machte Galileo ein berühmtes Experiment über die Schwerkraft, bei dem er Bälle vom Turm von Pisa fallen ließ. Später rollte er Bälle schräg nach unten. Mit diesen Experimenten zeigte Galilei, dass die Schwerkraft alle Objekte unabhängig vom Gewicht mit der gleichen Geschwindigkeit beschleunigt.

Kepler

Johannes Kepler untersuchte die Bewegung der Planeten. In den Jahren 1609 und 1616 veröffentlichte er seine drei Gesetze, die die Form ihrer Bahnen und ihre Geschwindigkeit entlang dieser Bahnen regeln, aber er fand nicht heraus, warum sie sich auf diese Weise bewegten.

Newton

1687 schrieb der englische Mathematiker Isaac Newton die Principia. In diesem Buch schrieb er über das inverse Quadratgesetz der Gravitation. Newton folgte einer Idee, die lange Zeit von anderen diskutiert worden war, und sagte, je näher zwei Objekte beieinander liegen, desto mehr wirkt die Schwerkraft auf sie ein.

Die Newton'schen Gesetze wurden später verwendet, um die Existenz des Planeten Neptun auf der Grundlage von Änderungen in der Umlaufbahn des Uranus vorherzusagen, und wiederum, um die Existenz eines anderen Planeten vorherzusagen, der näher an der Sonne liegt als Merkur. Als dies geschah, erfuhr man, dass seine Theorie nicht ganz richtig war. Diese Fehler in seiner Theorie wurden durch Albert Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie korrigiert. Die Newtonsche Theorie wird immer noch für viele Dinge verwendet, weil sie einfacher und für viele Anwendungen genau genug ist.

Dynamisches Gleichgewicht

Warum fällt die Erde nicht in die Sonne? Die Antwort ist einfach, aber sehr wichtig. Sie ist deshalb so wichtig, weil die Erde, die sich um die Sonne bewegt, sich in einem dynamischen Gleichgewicht befindet. Die Geschwindigkeit der Erdbewegung erzeugt eine Zentrifugalkraft, die die Gravitationskraft zwischen der Sonne und der Erde ausgleicht. Warum dreht sich die Erde weiter? Weil es keine Kraft gibt, die sie aufhält.

Das erste Newtonsche Gesetz: "Wenn ein Körper in Ruhe ist, bleibt er in Ruhe, oder wenn er in Bewegung ist, bewegt er sich mit der gleichen Geschwindigkeit, bis eine äußere Kraft auf ihn einwirkt".

Es gibt eine Art Analogie zwischen Fliehkraft und Gravitationskraft, die zum "Äquivalenzprinzip" der Allgemeinen Relativitätstheorie führte.

Schwerelosigkeit

Im freien Fall gleicht die Bewegung eines Objekts die Anziehungskraft der Schwerkraft auf das Objekt aus. Dazu gehört auch, sich in einer Umlaufbahn zu befinden.

Newton'sches Gesetz der universellen Gravitation.
Newton'sches Gesetz der universellen Gravitation.

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