Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

Alle Körper ziehen einander an. Masse ist jene Eigenschaft, welche die Anziehungskraft, die sog. Schwer- oder Gravitationskraft , zwischen Körpern hervorruft. Warum gerade die Masse? Auf diese Frage gibt es (noch) keine Antwort. Die Physik kann nur die Frage beantwor- ten, wie die Anziehung zwischen zwei Körpern von deren Massen und vom gegen- seitigen Abstand abhängt. Die Kraft, mit der die Erde einen beliebigen Körper anzieht, sein Gewicht, ist er- fahrungsgemäß proportional zur Masse des Körpers (s. S. 33). Nach dem Wechsel- wirkungsgesetz zieht auch der Körper die Erde an. Die gegenseitige Anziehungs- kraft muss daher auch proportional zur Erdmasse sein. Allgemein kann man daraus schließen: Die Anziehungskraft zwischen zwei Körpern mit Massen m 1 und m 2 muss proportional zu m 1 · m 2 sein. Den Zusammenhang zwischen Kraft, Masse und Entfernung formulierte N EWTON zusammen mit den drei Bewegungsgesetzen 1687 in seinem Werk Philosophiae Na- turalis Principia Mathematica ( Mathematische Prinzipien der Naturlehre ). Zur Her- leitung der Abstandsabhängigkeit benutzte Newton das 3. Kepler‘sche Gesetz (s. S. 51). Gravitationsgesetz F = G m 1 · m 2 _____ r 2 Die Anziehungskraft zwischen zwei Körpern ist direkt proportional zu ihren Massen und indirekt proportional zum Quadrat ihres Abstands r. Die Gravitationskonstante G bestimmt, wie groß die Kräfte sind, mit der Massen einander anziehen. Sie ist eine wichtige Naturkonstante. Gravitationskonstante G G = 6,67 · 10 ‒ 11 N · m 2 /kg 2 Wegen des kleinen Werts der Gravitationskonstanten ist die Gravitationskraft im Alltag nur in Zusammenhang mit großen Massen, wie etwa der Erde, von Bedeu- tung. Die Gravitationskraft bestimmt die Bewegungen der Planeten und aller an- deren Himmelskörper und sie ist mitverantwortlich für die Entwicklung der Ster- ne und deren Aufbau. Untersuche, überlege, forsche: Gravitation 38.1 W 1 Erkläre das Wechselwirkungsgesetz am Beispiel des Gravitationsgesetzes. 38.2 S 2 Überlege, wie du aus der Kenntnis deines Gewichts näherungsweise die Gra- vitationskonstante G bestimmen kannst. Welche physikalischen Größen musst du dafür kennen? (Denke dir die Masse der Erde im Erdmittelpunkt vereinigt.) Verglei- che den berechneten Wert mit dem Tabellenwert (S. 144). 38.3 W 1 a) Wie stark ist die Gravitationskraft, mit der zwei Menschen mit je 60 kg Mas- se in einer Entfernung von 1m einander anziehen? S 2 b) Aus welchen physikalischen Gründen fallen die beiden Menschen einander nicht aufgrund der Gravitationskraft in die Arme? F r �F 1 1 1 m 1 m 2 38.1 Die Gravitationskraft æ F wirkt entlang der Verbindungslinie der beiden Massen. Spiegel Lampe Skala m 2 m 2 m 1 m 1 38.2 Henry C AVENDISH (1731–1810) konnte erst- mals 1797 die Gravitationskraft zwischen zwei Körpern messen. Ein Balken mit zwei kleinen Bleikugeln hängt drehbar an einem Faden. Den kleinen Kugeln werden große Bleikugeln genähert: Der Balken dreht sich, bis die Verdril- lung des Fadens die Anziehung der Kugeln kompensiert. Mit dem reflektierten Lichtstrahl werden die kleinen Balkendrehungen sichtbar. Durch Vergleich mit der Gewichtskraft be- stimmte Cavendish die Erdmasse. (Über das historische Experiment: physikplus.oebv.at ) 38.3 Gravitationskräfte bewirken, dass sich die Sterne um das Zentrum der Galaxie bewegen. Teste dein Wissen W 1 38.1 Was sagt das allgemeine Wechselwirkungsgesetz aus: a) Jeder Körper, auf den eine Kraft einwirkt, ändert seine Form. b) Wirkt ein Körper mit einer Kraft auf einen anderen Körper, so wirkt dieser Körper mit der gleichen Kraft auf den ersten Körper zurück. c) Wirkt auf einen Körper eine Kraft, so ändert der Körper seine Position. 38.2 Galilei, Kepler, Newton gelten als Wegbereiter der Physik. Was waren ihre Leistungen? 38.3 Auf einen Körper wirken gleichzeitig eine Kraft von 3N und eine von 4N ein. Die Kräfte schließen miteinander einen Winkel von 90° ein. Wie groß ist die gesamte wirkende Kraft? a) 3N b) 5N c) 4N d) 7N 38 MECHANIK 1 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv