101 54 Die Gravitationskraft Beim Versuch nach Abb. 53.1 haben wir einen Körper mit Hilfe der Zentripetalkraft gezwungen, sich auf einer Kreisbahn zu bewegen. Auch Satelliten und Raumschiffe umlaufen die Erde annähernd auf Kreisbahnen. Ebenso bewegt sich der Mond in einer kreisähnlichen Bahn um die Erde. Es müssen daher zwischen der Erde und einem Raumschiff bzw. der Erde und dem Mond Kräfte wirken, welche die umlaufenden Körper in eine Bahn um die Erde zwingen. Die von der Erde auf einen Körper ausgeübte Kraft haben wir als Gewichtskraft kennengelernt. Sie ist auf die Masse des Körpers und auf die Masse der Erde zurückzuführen. Auch zwischen Mond und Erde oder zwischen zwei Himmelskörpern wirkt eine Anziehungskraft, da alle diese Körper eine Masse haben. Die zwischen zwei Körpern auf Grund ihrer Massen aufeinander ausgeübte Anziehungskraft heißt Gravitationskraft. Körper ziehen einander durch die Gravitationskraft (gravitational force) gegenseitig an. So zieht der Mond die Erde mit der gleich großen Kraft an wie die Erde den Mond (Abb. 54.1). Die Anziehungskräfte zwischen Massen auf der Erde sind sehr klein (Abb. 54.2). Als Erster hat Isaac Newton1 herausgefunden, dass die Gravitationskraft mit den Massen der einander anziehenden Körper wächst und mit dem Quadrat des Abstandes ihrer Schwerpunkte (Massenmittelpunkte) abnimmt. Der Raum, in dem Gravitationskräfte wirken, heißt Gravitationsfeld. Versuch: Die Anziehungskraft der Erde wird umso kleiner, je weiter man sich von ihr entfernt. Wie groß ist sie in 2500 km Höhe (Tab. 54.3)? Du bist dran – zeige deine Kompetenz: 54.1 Erkläre, ob die Gravitation der Erde auch auf deine Schultasche wirkt. 54.2 Welchen Einfluss hat die Gravitation der Erde auf einen waagrecht geworfenen Ball? 54.3 Auf einen Körper zwischen Mond und Erde wirken die Anziehungskräfte beider Himmelskörper. Beschreibe, wo sich der Körper ungefähr befinden muss, damit die beiden Anziehungskräfte gleich stark auf ihn wirken. 54.4 Diskutiert in kleinen Gruppen, warum wir die Anziehung z. B. durch ein Haus nicht spüren. Was hält das Sonnen- system zusammen? Erde Mond Gravitationskraft der Erde auf den Mond Gravitationskraft des Mondes auf die Erde Die Anziehungskräfte der Erde und des Mon- des auf einen Körper sind hier gleich groß und heben einander auf. Die Gravitationskraft hält den Mond auf seiner Bahn. 54.1 Erde und Mond ziehen einander an. 150 t 150 t 4 m ~ 0,1 N 54.2 Gegenseitige Anziehungskraft zwischen zwei Lokomotiven Entfernung von der Erdoberfläche Gewichtskraft 0 km 10N 500 km 8,5N Wettersatelliten, Raumstation 2 500 km 5N 13 500 km 1N 22 000 km 0,5N 36 000 km 0,2N TV-Satelliten 54.3 Abnahme der Gewichtskraft eines Körpers mit der Masse von 1 kg mit der Entfernung von der Erde Die Gravitation beschreibt die Anziehungskraft zwischen zwei Körpern auf Grund ihrer Massen. Die Gravitationskraft wächst mit der Größe der Massen und nimmt mit dem Quadrat des Abstandes ihrer Schwerpunkte ab. 1 Isaac Newton (1643–1727), bedeutender englischer Physiker Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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