Physik
Von: pendragon (abgemeldet), 31.10.2004 09:24 Uhr
Hallo Wissende,

wie entsteht Schwerkraft, oder auch, warum ziehen sich zwei Massen an ?
Wie könnte man also beispielsweise in einem "schwerelosen Raum" Schwerkraft erzeugen ?
Wer kann mir das erklären, dass auch ich Physik-DAU das verstehe ?

Gruß
Marion



  1. Antwort von Metapher 4
    künstliche Schwerkraft
    Hi Marion-Dau wie entsteht Schwerkraft, oder auch, warum ziehen sich zwei Massen an?
    Die einfache Antwort des Physikers "das wissen wir auch nicht" befriedigt sicher nicht. Also laß uns mal versuchen:

    Genau genommen könnte man den zweiten Teil der Frage vergleichen mit der Frage "warum ist ein Schimmel ein weißes Pferd?". Materielle Körper ziehen einander an, und diese Eigenschaft nennt man "Masse". Masse ist meßbar und man korreliert die "Stärke" der Anziehung mit der "Größe" der Masse. DASS - und genauer WIE - die Stärke der Anziehung von der Größe der Eigenschaft "Masse" und der Entfernung zwischen den materiellen Körpern abhängt, war Gegenstand der Gravitationtheorie von Newton. Diese Theorie zeigte, daß die "Schwere" eines Körpers auf der Erde und die Tatsache, daß der Mond um die Erde und die Erde um die Sonne kreist, auf derselben physikalischen Eigenschaft von Körpern beruht.

    Damals nannte man diese Anziehung (bzw. Gravitation) eine "Kraft", ein Ausdruck, der unter anderem aus der Geschichte der Magie stammte: Diese Kraft "wirkt" ja durch den leeren Raum zwischen den Körpern, ohne daß zwichen ihnen irgendetwas Körperhaftes zu finden wäre (das ist ja beim Magnetismus ebenso - eine weiteres Beispiel einer solchen "Kraft"). Man sagte damals, die Masse eines Körpers sei die "Quelle" der Anziehungs-Kraft.

    Man wußte damals auch, daß die Eigenschaft von Körpern, "schwer" zu sein (man sagte dazu "schwere Masse"), mit der anderen Eigenschaft, sich der Geschwindigkeitsänderung zu widersetzen (beschleunigt oder gebremst zu werden, d.h. "träge" zu sein), quantitativ gleich ist. Diese zweite Eigenschaft nannte man "träge Masse".

    Diese Eigenschaft "Masse" (also: Körper sind "schwer" und "träge") wurde von Einstein in einer neuen Gravitationstheorie (die "Allgemeine Relativitätstheorie") anders interpretiert, und diese Interpretation führte zu unzähligen neuen Erkenntnissen über den Raum, die Zeit und die Materie.

    Wichtigster Punkt dabei ist, daß nun die Anziehung (bzw. Schwere) ebenso wie die Trägheit nicht mehr als durch den leeren Raum übergreifende "Kraft" verstanden wird, sondern vielmehr als Veränderung der Geometrie des Raums (Näheres dazu in meinem FAQ:232): In dem durch die Präsenz von Körpern mit "Masse" geometrisch veränderten Raum (man nennt das, für den Laien mißverständlich, "Krümmung des Raums") bewegen sich massive Körper so, als würde keinerlei Kraft auf sie einwirken.

    Das folgte (unter anderem!) aus einer scharfsinnigen Überlegung Einsteins, daß die Wirkung einer im Raum vorhandenen Masse auf eine andere Masse vollständig ersetzt werden kann durch eine Beschleunigung dieser anderen Masse. Beispiel: Wenn du dich in einem fensterlosen Fahrstuhl befändest, der frei fällt (ja, genau dieses Panikszenario *g*), würdest du "schwerelos" schweben, und du könntest nicht unterschieden, ob der Fahrstuhl "steht" und die "Schwerkraft" der Erde plötzlich aufgehoben wäre, oder ob der Fahrstuhl ungehindert in die Tiefe fällt. Umgekehrt wirst du auch schwerer, wenn der Fahrstuhl beginnt, in die Höhe zu fahren. in der Theorie Einsteins nennt man das das "Prinzip der Äquivalenz von träger und schwerer Masse".

    Und damit findet deine zweite Frage eine Antwort: Wie könnte man also beispielsweise in einem "schwerelosen Raum" Schwerkraft erzeugen ?
    Beschleunigen kann man nämlich einen Körper entweder "linear", also längs einer Fortbewegungsrichtung, z.B. durch Anschubsen, oder aber, indem man den Körper in eine Kreisbewegung zwingt. In diesem Fall erfolgt die Beschleunigung radial, d.h. senkrecht (orthogonal) zur (tangentialen) Bewegungsrichtung.

    Wenn du nun unter einem "schwerelosen Raum" z.B. das Innere einer Kapsel im Weltraum vorstellst - fern von jedem Himmelskörper - dann könntest du "künstliche Schwerkraft" erzeugen, wenn du diese Kapsel um ihre eigene Achse rotieren läßt und dich an die Wand stellst: Du wirst dann an die Wand "gedrückt" und erfährst dieselbe(!) Wirkung, als wenn diese Wand aus einer riesengroßen (schweren) Masse bestünde. Es ist dieselbe Wirkung wie auf dem Kettenkarussell, wenn sich der Sitz nach oben/außen hebt.

    Die anderen Möglichkeiten, in dieser Kapsel Schwere zu zaubern, wären: entweder eine große Masse (genauer: einen Körper mit großer Masse) in den Raum von außen hineinzuholen, oder auf andere Weise die geometrischen Eigenschaften des Raumes zu verändern - aber damit wären wir in den Raffinessen der physikalischen Kosmologie - nichts für kleine neugierige Daus *zwinker*.

    halloweenige Grüße

    Metapher
    3 Kommentare
    • von Jo... 0
      Re: Und die Zeit?
      Hallo Methapher! ... dann könntest du "künstliche Schwerkraft"
      erzeugen, wenn du diese Kapsel um ihre eigene Achse rotieren
      läßt und dich an die Wand stellst: Du wirst dann an die Wand
      "gedrückt" und erfährst dieselbe(!) Wirkung, als wenn diese
      Wand aus einer riesengroßen (schweren) Masse bestünde.
      Hier bekomme ich wieder Knoten ins Hirn, was die Zeitdilatation betrifft. Ein schwereloser Beobachter sieht eine Uhr im Schwerefeld la langsamer gehen als seine eigene (war doch sorum, oder - ist aber eigentlich egal).

      Betrachten wir nun eine (große, schnell-)rotierende Scheibe, dann sollte ein Beobachter außerhalb der Scheibe eine Uhr am Rand langsamer ticken sehen als eine Uhr in der Mitte der Scheibe. Ebenso "sieht" die randständige Uhr die Uhr in der Mitte schneller ticken als sie selbst tickt. Bin ich noch richtig?

      So, jetzt zum Problem: Ist dann nicht die Winkelgeschwindigkeit abhängig vom Radius? Deformiert nicht die Scheibe? Ich weiß nicht recht, wie ich mir das vorstellen soll - vielleicht (nein:wahrscheinlich) sehe ich ein Problem, wo keines ist. Wo mache ich einen Denkfehler?

      Grüße,
      Jochen
    • von Metapher 1
      Aquivalenzprinzip [off topic]
      Hi Jochen,

      eine möglicherweise interessante Fragestellung. Aber um Marion nicht ganz zu verDAUen *g*: Sie liegt außerhalb ihrer ursprünglichen Frage. Betrachten wir nun eine (große, schnell-)rotierende Scheibe,
      dann sollte ein Beobachter außerhalb der Scheibe eine Uhr am
      Rand langsamer ticken sehen als eine Uhr in der Mitte der
      Scheibe.
      Soweit klar, wenn er relativ zur Mittelpunktsuhr ruht. Ist dann nicht die Winkelgeschwindigkeit abhängig vom Radius? Deformiert nicht die Scheibe?
      Das versteh ich nicht. Wieso? Wenn du die Längenkontraktion an der Peripherie meinst: Ja, der äußere Beobachter sieht die Scheibe (sphärisch) deformiert, der Rand ist kürzer als 2πr - ein speziell-relativistisches Argument. Aber das hat mit den Uhren ja nichts zu tun, und mit der Gravitation erst recht nicht.

      Aber interessant wäre ja der Vergleich der Uhren untereinander im Zentrum und an der Peripherie. Ich dachte zuerst, daß du dieses Problem meinst: Denn im rotierenden System ist ja die Rotationsbewegung wegtransformiert: Die Uhren ruhen relativ. Dennoch ist ja die auf die periphere Uhr wirkende Fliehkraft einem Gravitationsfeld äquivalent. Demnach müßte die Zentrumsuhr die periphere Uhr ebenfalls langsamer sehen.

      Das ist aber wohl nicht so. Und das stößt an ein fundamentales Problem der ART. Falls du das meinst, frag nochmal, ok?

      Grüße

      Metapher
    • von Jo... 0
      Re: Ich frag nochmal...
      Hallo nochmal,

      eigentlich dachte ich zunächst nur an die Winkelgeschwindigkeit. Die "Uhr" am Rand braucht, sagen wir mal, 1 min für eine Umdrehung und sieht die Uhr in der Mitte, wie diese mehr Zeit für eine Umdrehung braucht. Also sieht die äußere Uhr die innere doch schneller rotieren, so daß die Scheibe auch für den mitrotierenden Betrachter deformiert erscheinen muß - und das sagt mir, daß ich irgendwo einen Denkfehler habe: je länger die Scheibe rotiert, desto schlimmer muß die Deformation sein (und sie kann eben beliebig groß werden: die innere Uhr kann die äußere beliebig oft "überholen"). Aber interessant wäre ja der Vergleich der Uhren untereinander
      im Zentrum und an der Peripherie.
      Naja, dieser Vergleich hat mich ja auf die Deformation gebracht. Aber kann sein, daß ich da einen Denkfehler habe. Ich dachte zuerst, daß du
      dieses Problem meinst: Denn im rotierenden System ist
      ja die Rotationsbewegung wegtransformiert: Die Uhren ruhen
      relativ. Dennoch ist ja die auf die periphere Uhr wirkende
      Fliehkraft einem Gravitationsfeld äquivalent. Demnach müßte
      die Zentrumsuhr die periphere Uhr ebenfalls langsamer sehen.
      Tut sie das nicht? Also, die äußere Uhr sieht die innere schneller gehen und die innere sieht die äußere schneller gehen. Das ist aber wohl nicht so.
      Jetzt kann ich nicht folgen. Und das stößt an ein fundamentales
      Problem der ART. Falls du das meinst, frag nochmal, ok?
      Bestimmt meine ich das, ich weiß es nur noch nicht... ;-) Nee, im Ernst, ich wäre sehr dankbar, wenn du mir das nochmal erklären könntest.

      Grüße
      Jochen
  2. Antwort von Magnet Thomas 0
    Re: Wie entsteht Schwerkraft ?
    Hallo Wissende,
    Hallo Marion wie entsteht Schwerkraft, oder auch, warum ziehen sich zwei
    Massen an ?
    Wie könnte man also beispielsweise in einem "schwerelosen
    Raum" Schwerkraft erzeugen ?
    Wer kann mir das erklären, dass auch ich Physik-DAU das
    verstehe ?
    Um meinen Physikprofessor zu zitieren: "Sie müssen es nicht verstehen, es ist so!"

    Denn, wenn du wüstest wie die Schwehrkraft entsteht, hättest du schon de Physiknobelpreis sicher. Dies ist nämlich ein Ungeklärtes Phänomen der Wissenschaft. wenn du im Internet nach folgenden Stichworten suchst, müsstest du was finden:

    Theory of everything, Super string theory, Raumqunantentheorie, Gravitation Gruß
    Marion
    MFG

    Thomas

    Schau dir auch die FAQ:232 an
    • Antwort von Ayla 0
      Re: Wie entsteht Schwerkraft ?
      Hoi Marion!
      versuch mal das hier:
      http://www.matheboard.de/lexikon/Schwerkraft,definit...
      und warum interessiert es Dich??????
      *g*
      Nein, die Schwerkraft ändert sich kaum im Laufe eines Menschenlebens.....
      man wird wirklich immer schwerer!!
      Lieben Gruss
      Ulli
      • Antwort von Jame~ 0
        Re: Wie entsteht Schwerkraft ?
        Hi, Wie könnte man also beispielsweise in einem "schwerelosen
        Raum" Schwerkraft erzeugen ?
        Wer kann mir das erklären, dass auch ich Physik-DAU das
        verstehe ?
        Schwerkraft kann man nicht erzeugen. Dafür aber Kräfte die, richtig eingesetzt, dem Mensch eine solche quasi "vortäuschen": die in rotierenden Körpern entstehende Zentrifugalkraft

        Hier ein hübsches Bild wie eine solche Raumstation aussehen könnte:
        http://www.affenterz.de/wettlauf/archiv/archiv_13.asp

        Was man aber mal ausrechnen müsste ist, wie groß der künstliche Schwerkraftunterschied zwischen Kopf und Füßen bei einem realen Bauwerk von vielleicht einigen hundert Metern Durchmesser wäre :)

        Grüße,
        J~
        • Antwort von Matthias Kattelmann 0
          Re: Wie entsteht Schwerkraft ?
          Man kann zusätzlich zu den anderen Artikeln noch sagen, das die Gravitation rein physikalisch gesehen eine relativ schwache Kraft ist.
          Also die Atomkräfte, magnetische und elektrische Kräfte sind viel stärker.
          Eine meiner Vermutungen ist, das vorhandene andere Kräfte nicht vollständig und genau genug kompensiert sind und somit in irgendeiner Form fernwirken.
          Die Vorstellung mit dem verzerrtem Raum trifft es mathematisch besonders gut, obwohl man vielleicht eine Erklärung wie , "innerhalb des Raumes gibts eine Art von Schräge, wos dann dran runterkullern will" eher ablehnen möchte, Dopplung.
          MfG
          Matthias [Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]