Gravitation – Klassenarbeiten
Wie berechnet man Gravitation?
Um die Gravitation berechnen zu können, musst du wissen, dass jedes Objekt ein eigenes Gravitationsfeld besitzt. Wie stark dieses ist, hängt davon ab, wo sich der Körper befindet. Auf der Erde ist dieser Wert konstant. Er wird als Ortsfaktor oder Fallbeschleunigung bezeichnet. Befindet sich ein zweites Objekt in diesem Gravitationsfeld, ziehen sich die beiden Objekte gegenseitig an.
Gravitation kannst du also generell als die Anziehung zwischen zwei Objekten verstehen. Diese werden als Massen bezeichnet. Wie stark die gegenseitige Anziehung ist, kannst du mithilfe der Gravitationskraft angeben. Dabei spielen die Entfernung zwischen den Massen und ihr jeweiliges Gewicht eine Rolle.
In der Schule wirst du die Gravitation am Beispiel der Planeten kennenlernen. Diese besitzen sehr große Massen, sind jedoch auch sehr weit voneinander entfernt. Da sie annähernd rund sind, entspricht ihr geometrischer Mittelpunkt auch ihrem Schwerpunkt. Daher eignen sie sich gut, um in das Thema Gravitation einzuführen.
Was ist die Gravitationskonstante?
Ein weiterer wichtiger Begriff in Zusammenhang mit Gravitation ist die Gravitationskonstante. Sie beträgt etwa \( 6{,}674\,\cdot\,10^{11}\,\frac{\text{m}^3}{\text{kg}\,\cdot\,\text{s}^2}\) und wird mit dem Formelzeichen \(G\) dargestellt.
Im Allgemeinen sorgt die Gravitationskonstante dafür, dass aus der Entfernung und dem Gewicht zweier Massen ihre Anziehungskraft berechnet werden kann. Die Gravitationskonstante gibt dabei an, wie stark die Anziehung zweier Massen wäre, wenn beide ein Gewicht von einem Kilogramm und eine Entfernung von einem Meter aufweisen würden.
Wie kann man Gravitation messen?
Leider gibt es zur Bestimmung der Gravitation kein spezielles Messgerät, wie beispielsweise eine Uhr zum Messen der Zeit. Die Anziehungskraft zwischen zwei Massen zu messen, ist daher gar nicht so einfach. Man kann sie jedoch glücklicherweise indirekt bestimmen. Dafür werden zunächst andere physikalische Größen gemessen und mit diesen wird schließlich die Gravitationskraft berechnet. Das sogenannte Gravitationsgesetz setzt dabei die Gravitationskraft in Zusammenhang mit dem Ortsfaktor und dem Gewicht einer Masse.
Der Ortsfaktor ist auf der Erde ein konstanter Wert, er lässt sich jedoch auch leicht bestimmten. Wirfst du einen Gegenstand in die Luft, fällt er wieder herunter. Aus dem Weg und der benötigten Zeit kannst du die Geschwindigkeit und damit die Beschleunigung bestimmen. Misst du dann noch das Gewicht des Gegenstands, kannst du die auf ihn wirkende Gravitationskraft berechnen.
Für die Gravitationskonstante \(G\) gibt es sogar ein Messgerät, nämlich die Gravitationswaage. Da die Gravitationskonstante jedoch sehr gering ist, ist nur eine Näherung bekannt.
Um die Gravitation zwischen Planeten zu bestimmen, wird ihre ellipsenförmige Bewegung verwendet. Die Planetenbahnen ergeben sich nämlich aus dem Gleichgewicht zwischen Gravitationskraft und Zentrifugalkraft. Die Zentrifugalkraft kann aus der Geschwindigkeit, dem Bahnradius und dem Gewicht des kreisenden Planeten berechnet werden. Die Größe der Zentrifugalkraft entspricht dann genau der Anziehungskraft zwischen dem kreisenden und dem zweiten Planeten.