Massen sind anziehend

Gravitation

Gravitationsdrehwaage

Bewege die großen Bleikugeln in die Nähe der kleinen Bleikugeln und beobachte, was passiert!

Mit diesem Versuch hat man gezeigt, dass sich Massen gegenseitig anziehen. Diese fundamentale Anziehungskraft zwischen zwei Massen nennt man Gravitation (Massenanziehung). Eine Massenanziehung, die wir spüren besteht zwischen uns und der Erde. Diese spezielle Massenanziehung nennt man, da an ihr die Erde beteiligt ist, Erdanziehungskraft.

Wie groß die Gravitationskraft zwischen zwei Körpern ist, hängt von den Massen der beiden Körper und ihrem Abstand ab und es gilt:

Die Gravitation …

• ist eigentlich eine sehr kleine Kraft. Da aber die Erde eine sehr, sehr große Masse hat, spürt man diese Kraft.
• wirkt auf beide Körper gleich stark. Das bedeutet, dass jeder Mensch auch die Erde mit derselben Kraft anzieht, wie die Erde die Person anzieht.
  Wie ist das aber mit einer Turmspringerin, die doch zur Erde fällt? Überlegt gemeinsam!
  Info für Lehrende
• ist auch dafür verantwortlich, dass sich vor rund 4 ½ Millarden Jahren aus einer Wolke aus Gas und Staub unsere Planeten gebildet haben. Auch unsere Sonne ist auf diese Weise entstanden.
• sorgt dafür, dass die Luft nicht von der Erde entweicht. Der Mond, der eine wesentlich kleinere Masse hat, konnte keine Atmosphäre um sich herum behalten.
• gibt uns ein „Oben“ und „Unten“.
• ist die verantwortliche Kraft für den Gezeitenwechsel am Meer.

Was ist das Gewicht?

Auch das Gewicht entsteht erst durch die Massenanziehung eines anderen Körpers. Das Gewicht, oder besser formuliert, die Gewichtskraft entsteht dadurch, dass zwischen der Erde und den Massen auf der Erde, also auch auf jeden menschlichen Körper, die Anziehungskraft wirkt.

Man kann die Gewichtskraft aus der Formel

ausrechnen, wenn man für die Beschleunigung den Ortsfaktor $$ g = 9,81 m/s^2 $$ einsetzt.

Ein Mensch mit 60 kg Masse hat dann ein Gewicht von $$ G = 70\, kg \cdot 9{,}81\,m/s^2 = 686{,}7\,N $$.

Warum spürt man sein Gewicht?

Warum spürt man sein Gewicht, wenn man auf einem Sessel sitzt?

Die Gewichtskraft kann durch einen Pfeil dargestellt werden:

Das Kind wird also durch die Gravitationskraft auf den Sessel gedrückt. Da diese Kraft aber zu keiner Beschleunigung führt, muss sie durch eine andere Kraft kompensiert werden. Diese Kraft wirkt normal auf die Sitzfläche und wird daher Normalkraft (grün eingezeichnet) bezeichnet. Mit der Normalkraft drückt der Sessel gegen das Kind und diese Kraft spürt man als Gewicht.

Wann ist man schwerelos?

Schaut euch das folgende Video an! Was fällt euch auf? Wie verhält es sich hier mit der Normalkraft?

Info für Lehrende

Ein Körper im Freien Fall fühlt sich schwerelos.

Schwerelos auf der Raumstation?

Die bemannten Raumstationen, wie derzeit die ISS oder früher die russische Raumstation MIR, befinden sich rund 400 km von der Erde entfernt. Dort herrscht immer noch rund 90 % der Erdanziehungskraft wie auf der Erdoberfläche. Trotzdem fühlen sich die Astronautinnen und Astronauten schwerelos.

Überlege, warum es kommt es zu dieser dauernden Schwerelosigkeit?

Antwort überprüfen

Eine Raumstation bewegt sich sehr schnell auf ihrer Umlaufbahn um die Erde. Die ISS umkreist zum Beispiel die Erde in nur 93 Minuten. Die Astronautinnen und Astronauten fühlen sich ständig wie im Freien Fall, also schwerelos. Sie fallen zwar Richtung Erde, kommen ihr aber nie näher, weil sie sich gleichzeitig mit einer so passenden Geschwindigkeit bewegen, dass sie immer gleich weit von der Erdoberfläche entfernt belieben.

Gezeiten im Wasser und auf Land

Unter dem Begriff „Gezeiten“ versteht man den Wechsel von Flut und Ebbe an Meeren und Ozeanen. Der Grund für diesen Wechsel von Höchst- und Tiefststand von großen Wassermassen liegt in der Massenanziehung zwischen Erde, Mond und Sonne.

Sehen wir uns zunächst die mondzugewandte Seite der Erde an. Hier ist die Gravitationskraft, die er auf die Wasseroberfläche ausübt, etwas größer als auf den Meeresgrund. Deshalb wirkt sich die Gravitationskraft des Mondes dahingehend aus, dass sich das Wasser in Richtung Mond bewegt – es bildet sich ein Flutberg aus.

Auf der mondabgewandten Seite der Erde ist es etwas anders, denn dort ist die Anziehung des Mondes auf die Wasseroberfläche etwas geringer als auf den Meeresgrund. Man kann sagen, dass der Meeresboden in Richtung Mond mehr angezogen wird und das Wasser bildet daher ebenfalls einen Flutberg.

Zwischen diesen beiden Bereichen tritt Ebbe auf, denn von dort fließt das Wasser in die Flutgegenden.

Wegen der Erdrotation wandert die Erdoberfläche quasi unter den Flutbergen in östlicher Richtung davon. Der Flutberg bewegt sich also in westlicher Richtung um die Erde. Weil sich auch der Mond in rund 27 Tagen um die Erde bewegt, beträgt der Zeitabstand zwischen zwei Flutbergen 12 Stunden und 25 Minuten.

Stehen Sonne und Mond in einer Linie hintereinander, dann ist der Flutberg besonders hoch, man nennt das dann eine Springflut.

Übrigens gibt es diesen Gezeitenwechsel nicht nur bei Wassermassen, sondern auch die Erdoberfläche unterliegt diesem Gezeitenwechsel. Da ein Teil des Erdkerns flüssig ist und der Erdmantel sowie die Erdkruste elastisch sind, führen die Gezeitenkräfte auch zu einer Verformung der Erdoberfläche. Diese Verformung ist natürlich wesentlich geringer als dies bei den Meeren der Fall ist. Aber immerhin kommt es zu einer Vertikalbewegung von rund zwanzig Zentimeter des Erdbodens zwei Mal pro Tag.