Was ist Schwerkraft und wie funktioniert sie?

Das lateinische Wort gravitas bedeutet Gewicht und gibt uns das Wort „Schwerkraft“, das ist die Kraft, die Gegenständen ihr Gewicht verleiht. Es ist auch die Wurzel von 'Gravitation', einem Wort, das beschreibt, was die Schwerkraft tut: Objekte aufeinander zu gravitieren. Es ist das, was die Menschen auf der Erde hält und die Erde an ihrem Platz im Sonnensystem hält. Obwohl antike Philosophen hinterfragten, warum Objekte vor Jahrhunderten fielen, haben Wissenschaftler immer noch Fragen darüber, wie die Schwerkraft heute funktioniert.

Was ist Schwerkraft?

Im einfachsten Sinne ist die Schwerkraft eine Kraft, die zwei Körper zueinander anzieht. Alles, was Materie hat, also alles, was berührt werden kann, hat eine Anziehungskraft. Dazu gehören Äpfel, Menschen und die Erde. Trotz des Begriffs Schwerelosigkeit ist es unmöglich, den Gravitationskräften zu entkommen. Astronauten werden immer noch von der Schwerkraft beeinflusst, aber sie bewegen sich so schnell seitwärts, dass sie dem Zentrum des Planeten nicht näher kommen und befinden sich in einem ständigen Zustand des freien Falls.

Schwerkraft, Masse und Entfernung

Die Schwerkraft eines Objekts ist proportional zur Masse des Objekts. Objekte mit mehr Masse haben mehr Schwerkraft. Da die Erde das größte und nächstgelegene Objekt ist, wird alles von seiner Anziehungskraft erfasst, was bedeutet, dass Äpfel auf den Boden fallen, anstatt zum Kopf einer Person gezogen zu werden.

Die Entfernung beeinflusst auch die Schwerkraft. Wenn ein Objekt weit entfernt ist, ist seine Anziehungskraft schwächer. Zum Beispiel gibt es einen Punkt im Weltraum, an dem die Anziehungskraft des Mars stärker wird als die der Erde.

Grundkräfte im Universum

Laut Physikern sind die vier Grundkräfte des Universums Gravitation, elektromagnetische, schwache und starke Wechselwirkungen. Kräfte verändern die Bewegung eines Objekts und die vier Grundkräfte definieren, wie alles im Universum interagiert. Die Schwerkraft ist die schwächste Kraft, aber sie ist am leichtesten zu sehen und hat den größten Einfluss auf eine großräumige Ebene. Es ist nicht nur der Grund, warum Menschen auf der Erde laufen können, sondern hält auch die Planeten, die die Sonne umkreisen, und die Sonne an ihrem Platz in der Galaxie.

Alte Geschichte der Gravitationstheorie

Die alten Griechen glaubten, dass die Kraft, die Objekte auf den Boden zog, eher eine innere Schwere als eine äußere Kraft war. Schwere Menschen werden auf natürliche Weise zur Erde gezogen, während leichte Flammen in den Himmel springen. Im Gegensatz dazu sagten indische Gelehrte, insbesondere Aryabhata, dass eine Kraft Objekte auf dem Boden hält, obwohl seine Theorie die Erde in den Mittelpunkt des Universums stellt. In den 600er Jahren n. Chr. war der Mathematiker Brahmagupta der erste, der die Schwerkraft als anziehende Kraft beschrieb.

Ideen für Ziegeleinfassungen

Gravitationstheorie der Renaissance

Es wird gesagt, dass Galileo Gegenstände von der Seite des Schiefen Turms von Pisa fallen ließ, um zu beobachten, was passierte, als sie fielen. Unabhängig davon, ob der Turm beteiligt war oder nicht, Galileo entdeckte, dass alle Objekte beim Fallen mit der gleichen Geschwindigkeit beschleunigen. Andere Wissenschaftler bauten auf ihrer Arbeit auf und Grimaldi und Riccioli berechneten die Gravitationskonstante. Andere Arbeiten zur Gravitation konzentrierten sich auf die Astronomie, und Johannes Kepler baute auf diesen Theorien auf, um die Umlaufbahnen bekannter Planeten zu berechnen.

Gesetz der universellen Gravitation

Eine andere Gravitationslegende besagt, dass Isaac Newton von einem fallenden Apfel getroffen wurde und erkannte, dass es eine Kraft geben muss, die Dinge zu Boden fallen lässt. Er schrieb eine Gleichung, die die Gravitationskraft beschrieb, die zeigte, dass die Kraft zwischen ihnen umso größer ist, je massereicher die Objekte sind. Es zeigte sich auch, dass die Anziehungskraft umso schwächer ist, je weiter sie entfernt sind. Einige Planeten bewegten sich auf eine Weise, die durch die Gleichung nicht erklärt werden konnte, aber zum größten Teil stand sie Jahrhunderte lang.

Einstein und Allgemeine Relativitätstheorie

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie veränderte die Art und Weise, wie Physiker die Gravitation betrachten. Anstelle einer Kraft sollen die Auswirkungen der Gravitation durch eine Raumzeitkurve verursacht werden, die um große Objekte herum auftritt, ähnlich wie eine Bowlingkugel auf einem Trampolin. Diese Theorie erklärte die seltsame Umlaufbahn des Merkur und stellte die Newtonsche Gravitation auf den Kopf, da die Gravitation keine Kraft mehr war, sondern eine Konsequenz der Geometrie.

Was bewirkt die Schwerkraft?

Die Schwerkraft hat mehrere Auswirkungen auf die reale Welt. Die Schwerkraft sorgt nicht nur dafür, dass Gegenstände auf dem Boden bleiben, sondern gibt ihnen auch ihr Gewicht. Auf Planeten mit geringerer Anziehungskraft wiegen Objekte weniger. Die Anziehungskraft des Mondes ist die Kraft, die die Gezeiten des Ozeans erzeugt. Die Schwerkraft hält die Erde auch in einem angenehmen Abstand von der Sonne und hält die Atmosphäre an Ort und Stelle, was allen Lebewesen atembare Luft und Schutz vor der Sonnenstrahlung bietet.

Schwerkraft und die Erschaffung des Universums

Die Schwerkraft war auch ein wesentliches Element bei der Erschaffung des Universums. Die im Universum existierenden Gase werden durch die Schwerkraft voneinander angezogen und verbinden sich zu großen Objekten wie Sternen und Planeten. Einige Forscher glauben, dass es die Schwerkraft war, die die Teilchen nach dem Urknall stabilisierte und den Kollaps des Universums stoppte. Die Schwerkraft zog Sonnensysteme zusammen, um Galaxien zu bilden, und als solche war sie ein grundlegendes Element bei der Erschaffung des Universums.

Schwerkraft und wissenschaftliche Forschung

Die wissenschaftliche Erforschung der Schwerkraft wird auch in Zukunft fortgesetzt. Die Relativitätstheorie erklärt einige Anomalien der Newtonschen Gravitation; Es gibt immer noch Geheimnisse im Universum, die Wissenschaftler nicht erklären können. Die Schwerkraft passt nicht in die Quantenfeldtheorie und Wissenschaftler erforschen immer noch, wie sie sich mit den anderen fundamentalen Kräften zusammenfügt. Die Schwerkraftforschung hat auch weitere praktische Anwendungen. Die NASA-Raumsonde überwacht Veränderungen der Erdanziehungskraft, was Wissenschaftlern hilft, Veränderungen des Meeresspiegels und der Erdkruste zu überwachen.