Wie lautet das Gravitationsgesetz?

Die Gravitation gehört zu den 4 Grundkräften (elektromagnetische Wechselwirkung, die schwache und starke Wechselwirkung). Isaac Newton erwähnte das Gravitationsgesetz erstmals 1687 in dem Buch „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica“.

Die Enstehung

Er beschäftigte sich mit der Bewegung der Planeten. Dabei interessierte ihn besonders, wie der Mond auf seiner Umlaufbahn bleibt. Man sagt, dass Isaac Newton an einem Baum saß und einen Apfel beobachtete, wie dieser herunterfiel. Daraufhin kam er zu dem Schluss, dass diese Kraft, die dort anscheinend wirkt, bis zum Mond wirkt. Der Mond fällt nicht herunter, da er sich ja fortbewegt.

Damals wurde seine Theorie teilweise nicht akzeptiert, da dort keine Berührung der Kräfte vorhanden ist. Außerdem ist die Entfernung zwischen Mond und Erde viel zu groß, als das diese Kraft dort wirken könnte.

Das Gravitationsgesetz

Alle Körper und somit alle Aggregatzustände erfahren eine Gewichtskraft auf der Erde. Die Ursache ist die Gravitation. Laut dem Newton´schen Gravitationsgesetz unterliegen alle Körper einer gegenseitigen Anziehung. Vereinfacht gesagt: Massen ziehen sich gegenseitig an.

In einer Formel kann man dies wie folgt ausdrücken:

Formeln Gravitationsgesetz

Fakten zur Gravitationskraft und zum Gravitationsgesetz

  1. Es ist nicht möglich, die Gravitation abzuschirmen und damit unwirksam zu machen.

  2. Dieses Gravitationsgesetz ist für schwache Gravitationsfelder gültig. Für starke Felder gilt die Beschreibung der Relativitätstheorie.

Der Vorgänger des Gravitationsgesetzes

Schon immer faszinierte die Menschen der Mond und andere Planeten. Bereits Tycho Brahe sammelte zwischen 1573-1601 Daten über die Bewegung der Planeten. Anhand dieser Aufnahmen leitete Johannes Kepler seine Gesetze ab. Diese Keplerschen Gesetze lauten wie folgt:

Keplersche Gesetze Erklärung
Kepler beschäftigte sich mit den Planetenbahnen, woraus Gesetzmäßigkeiten entstanden.
©iStock.com/johan63

1. Keplersche Gesetz

Die Planetenbahnen sind Ellipsen, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht.

2. Keplersche Gesetz

Die Verbindungslinie zwischen einem Planet und der Sonne überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen.

3. Keplersche Gesetz

Das Verhältnis aus den Quadraten der Umlaufzeiten und den 3. Potenzen der großen Halbachsen ist für alle Planeten konstant.

Mit diesen Gesetzen schaffte er die Grundlagen für das Newton´sche Gravitationsgesetz bzw. Newton konnte diese Gesetze mit seinen begründen.

Einsteins Sicht auf die Gravitation: Die Allgemeine Relativitätstheorie

Albert Einstein erweiterte das Gravitationsgesetz von Isaac Newton mit der Allgemeinen Relativitätstheorie. Newtons Theorie beschreibt die Stärke der Gravitation, aber er wusste nicht genau, wie die Gravitation funktioniert. Albert Einstein betrachtete die Gravitation nicht als eine Kraft, sondern als Raumzeitkrümmung. Da die menschliche Vorstellungskraft für einen vierdimensionalen Raum nicht ausreicht, kann man es am folgenden Beispiel erklären:

Gravitaion Einstein
Einstein sah die Gravitation nicht als Kraft sondern als eine Raumzeitkrümmung.
©iStock.com/Yurkoman

Stellt man sich die Erde als eine Kugel vor, die auf einem elastischen schwebenden Gummituch liegt, dann drückt diese Kugel das Tuch runter zu einer Einbuchtung. Um diese große Kugel können kleine Kugeln in die Mulde fallen. Dies wird jedoch durch deren Geschwindigkeit verhindert. Das zeigt, dass eine Oberflächenkrümmung Teilchen und Wellen ablenken kann. Planeten kreisen also aufgrund der Krümmung. Wichtig hierbei ist es zu verstehen, dass auch die Zeit gekrümmt ist.

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