Häufig gestellte Fragen
 
 

Inhaltsverzeichnis

• Was ist Gravitation?
• Was ist der Unterschied zwischen G und g ?
• Was bedeutet die Einheit Gal?
• Warum gibt es auf der Erde unterschiedliche Gravitation
• Wie verhält es sich mit den Gezeiten?
• Ist es bisher gelungen, künstlich eine schwerelose Umgebung zu schaffen?
• Gravitationsanomalien
• Mit welcher Geschwindigkeit breitet sich die Gravitation aus?

Was ist Gravitation ?...

Mit Gravitation bezeichnet man die Eigenschaft von Massen, sich gegenseitig anzuziehen. Die Anziehungskraft ist von der Grösse der Massen und von deren Abstand abhängig. Die Anziehungskraft nimmt quadratisch mit dem Abstand ab. Der erste experimentelle Nachweis der Massenanziehung gelang Cavendish im Jahre 1798 mit einer Torsionswaage.

 

Was ist der Unterschied zwischen G und g ?...

"Gross G" ist die Proportionalitätskonstante in Newtons Gravitationsgesetz. Sie stellt die formale Beziehung her zwischen den Massen, dem Abstand und der daraus resultierenden Gravitationskraft. Inzwischen wird vermutet, dass G nicht konstant ist, sondern von  weiteren, bisher unbekannten Faktoren abhängen könnte. Anerkannter CODATA-Wert ist:
G= 6,673 x 10 ^-11 m³ kg^-1 s^-2. Die Genauigkeit dieses Wertes beträgt nur 0,15%, was für eine Fundamentalkonstante sehr ungenau ist. "Klein g" bezeichnet die Beschleunigung, mit der ein frei fallender Körper im Gravitationsfeld der Erde an Geschwindigkeit zunimmt. Durchschnittlicher Wert: g=9,81 m/s²

Was bedeutet die Einheit Gal ? ...

Gal steht für Galileo und ist eine andere Einheit für die Erdbeschleunigung g, die vor allem in der Geophysik verwendet wird. Es ist 1 Gal = 10 ^-2 m/s², also g=981 Gal. Für die Beschreibung kleiner Effekte wird meistens mGal=0,001 Gal verwendet.

Warum gibt es auf der Erde unterschiedliche Gravitation, wovon ist diese abhängig und wo ist sie am grössten ?...

Die Grösse der Erdanziehung, bzw. Schwerebeschleunigung g ist von der Masseverteilung in der Erde abhängig. Je mehr Masse bis zum Erdmittelpunkt unter einem ist, oder je höher die Dichte dieser Masse, desto höher die Anziehungskraft. Mit einem Gravimeter kann die lokale Erdbeschleunigung gemessen werden. Daraus lassen sich Rückschlüsse auch auf die Beschaffenheit des Untergrundes ziehen, z.B. Hohlräume oder Erzlager erkennen.
Die Schwerebeschleunigung hängt von der geografischen Breite und der Höhe über Meeresniveau ab. Auf Meereshöhe ist am Äquator g=9,780 m/s^2, am 45ten Breitengrad g=9,807 m/s² und am Pol g=9,832 m/s². Für je 1m Höhe nimmt g um etwa 3*10 ^-6 m/s² ab, solange h klein gegen den Erdradius ist.
Am Äquator ist der Abstand vom Erdmittelpunkt größer und damit die Schwerebeschleunigung geringer als an den Polen.
Zusätzlich wirkt die Fliehkraft aufgrund der Erdrotation der Fallbeschleunigung entgegen, so dass diese am Äquator geringer ist. Der Effekt beträgt etwa 3 Gal.
Die lokalen Absolutwerte der Erdbeschleunigung können bei den Landesvermessungsämtern erfahren werden.

Wie verhält es sich mit den Gezeiten ?...

Gezeiten entstehen durch die Rotation von Erde und Mond um den gemeinsamen  Massenschwerpunkt. Entscheidend sind die Differenzkräfte zwischen Gravitations- und Fliehkräften. Diese sorgen dafür, dass sich auf der Erde sowohl auf der dem Mond  zugewandten, als auch auf der dem Mond abgewandten Seite ein Flutberg ausbildet. Daher gibt es zweimal am Tag Ebbe und Flut. Zusätzlich übt auch die Sonne einen Einfluss auf die Gezeiten aus, woraus durch Addition bei Neumond Springfluten und durch Subtraktion bei Vollmond Nippfluten enstehen.
Die Gezeitenkräfte lassen sich, auch unabhängig vom Tidenhub der Meere, mit einem Gravimeter an jedem Ort der Erde messen. Sie liegen in der Größenordnung von 0,5 mGal bis 1,1 mGal.

Ist es bisher gelungen, künstlich eine schwerelose Umgebung zu schaffen ?...

Auf der Erde läßt sich künstliche Schwerelosigkeit (bzw. Gewichtslosigkeit) bisher nur  dadurch erreichen, dass man einen Körper frei fallen lässt. Dies wird in Parabelflügen mit Flugzeugen oder in Falltürmen realisiert. Die erreichbare Dauer liegt im Bereich von wenigen Sekunden (Fallturm) bis einigen Minuten (Parabelflug).

Gibt es Orte auf unserem Planeten, an denen das Gravitationspotential einen Körper (z.B. ein Auto) entgegen aller Erwartung auf einen Berg hochzieht ? ...
 
Bekannt für sogenannte "Gravitationsanomalien" sind Orte wie Roca di Papa in Italien oder Karpacz Gorny in Polen.
Erst durch präzise Messungen konnte geklärt werden, worum es bei diesen Phänomenen wirklich geht. Die naheliegendste Erklärung ist eine optische Täuschung, die einem vorgaukelt, dass es bergauf geht, obwohl es in Wirklichkeit bergab geht. Dass ein nahegelegener Berg die Richtung der Gravitation verändert, ist praktisch ausgeschlossen, aufgrund der viel zu geringen Masse im Verhältnis zur Erde.

Mit welcher Geschwindigkeit breitet sich die Gravitation aus ?...

Ziehen sich zwei Himmelskörper an, so wirkt die Kraft entlang ihrer Verbindungslinie. Diese  Richtung heisst "radial". Würde diese Schwerkraft sich nur mit Lichtgeschwindigkeit, also verzögert ausbreiten, käme eine weitere Kraftkomponente dazu, die senkrecht zur  Verbindungslinie wirkt. Diese Richtung heisst "tangential". Eine solche Kraft aber würde das System aus zwei Körpern um den gemeinsamen Schwerpunkt drehen, wodurch die beiden Körper in kürzester Zeit ineinander stürzen würden. Wer's nicht glaubt, braucht nur die offiziellen Gestirnstandstabellen ("Ephemeriden") der NASA nehmen und bei der Berechnung der Planetenpositionen die verzögerte Wirkung einsetzen (sie beträgt beispielsweise beim Pluto bis zu vier Stunden). Es kämen völlig falsche Werte heraus!
Der Astrophysiker Tom van Flandern, der sich jahrzehntelang mit dem Problem der scheinbar unendlich schnellen Ausbreitung der Gravitation beschäftigte, hat ihre Wirkung an Hand der Daten des binären Pulsars PSR 1913 + 16 und des Pulsar-Paars PSR 1534 + 12 untersucht. Er kam nach Analyse der Messfehler auf eine Mindestgeschwindigkeit der Schwerkraft von c*10¹⁰, also zehnmilliardenmal schneller als Licht.

Aber wie ist so etwas möglich? Wie kann sich etwas so schnell, vielleicht sogar unendlich schnell, ausbreiten? Gibt es tatsächlich Fernkräfte wie Newton annahm, obwohl er den  Gedanken selber schrecklich fand? Die ehrliche Antwort darauf lautet: Wir wissen es nicht, unter anderem auch deshalb, weil kein ernsthafter Physiker auf diesem Gebiet forscht, da er nicht riskieren will - wie Tom van Flandern - von der wissenschaftlichen Gemeinschaft ausgeschlossen zu werden. Immerhin, der kluge Philosoph und Physiker Ernst Mach, dem dieses Phänomen natürlich auch bekannt war, machte sich dazu ein paar Gedanken. Warum, so sagt er sinngemäss, meinen wir, ein Körper höre dort auf, wo wir ihn nicht mehr spüren? Warum nicht dort, wo wir ihn nicht mehr hören oder sehen? Kurzum: Könnte es vielleicht sein, dass sich jeder Körper von sich aus ins Unendliche erstreckt, auch wenn wir diese Ausdehnung mit unseren beschränkten Sinnen nicht wahrnehmen? Sollte jeder Körper über die Schwerkraft und die vermutlich ebenso schnelle elektrische und magnetische Kraft mit allen anderen Körpern des Universum unendlich schnell verbunden sein? Immerhin hatte jedes Teilchen im All genug Zeit, seine Kraftfühler über das ganze Universum auszustrecken, sodass jeder Körper jeden anderen im Weltall unsichtbar berührt.
Das würde nach den Überlegungen des russischen Physikers Valentine P. Oleinik von der  Technischen Universität in Kiew (Ukraine) bedeuten, dass selbst Elektronen schon eine Art rudimentäres Bewusstsein besitzen, weil sie stets - und sofort! - mit allen anderen  Elementarteilchen des gesamten Universums verbunden sind. Ist die Welt vielleicht viel phantastischer als wir dachten?

Siehe dazu unseren Artikel: "Was ist schneller als Licht?" in PM 12/2000, S. 62-71.
aus: http://www.pm-magazin.de/de/wissensnews/wn_id218.htm