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SG055 Gravitationsfeld

elektromagnetisches Feld

Feldlinien

Glossar

Physik für Schülerinnen und Schüler

Alle Massen sind von einem Gravitationsfeld umgeben. Es bewirkt, dass sich Massen sogar über die riesigen Entfernungen des Weltalls hin gegenseitig anziehen. Es gibt keine Gravitationsabstoßung. Man kann die Gravitation auch nicht abschirmen wie ein elektrisches oder magnetisches Feld. Abgesehen davon entspricht die jeweilige Masse der elektrischen Ladung bei der elektrischen Anziehung bzw. Abstoßung. Aber es gibt für die "Gravitationsladung" m (inoffizieller Begriff) nur positives Vorzeichen.

Die Gravitationskraft zwischen zwei Massen m und M ist proportional zu beiden Massen. Denn beide Massen sind vollkommen gleichberechtigt. M zieht die Masse m an und m die Masse M. Hätte man herausgefunden, dass die Gravitationskraft proportional zu einer Masse, etwa m, ist, müsste man auch auf eine Proportionalität zur anderen Masse M schließen. Denn, wenn M eine Anziehungskraft auf m ausübt, entsteht wegen des 3. Newton-Gesetzes auch eine entgegengesetzt gleiche Anziehungskraft von m auf M, die dann proportional zu M sein muss; die Rolle der beiden Massen ist dann einfach vertauscht. Beide Massen sind für das Gravitationsfeld verantwortlich.

Häufig ist es allerdings so, dass die eine Masse M sehr groß, die andere, m, sehr klein im Vergleich dazu ist. Dann kann man davon ausgehen, dass m wenig Einfluss auf das Feld hat. M heißt dann felderzeugende Masse, m häufig "Probemasse", weil durch die Kraft auf sie das Feld "erprobt" (ausgemessen) wird. Obwohl es weniger üblich ist, kann als Gravitationsfeldstärke g definiert werden:

gF/m

Im Fall des Feldes nahe der Erdoberfläche ist das tatsächlich auch die Fallbeschleunigung g.
Abb. 1: Gravitationsfeld in der Nähe der Erdoberfläche

Die Gravitationskraft heißt hier Gewichtskraft.
Gewichtskraft F und Fallbeschleunigung g sind proportional.


(Die (kleine) Masse des Steins m wird als Probemasse aufgefasst
und die sehr viel größere Masse M der Erde als felderzeugende
Masse)

Abb. 2: Gravitationsfeld einer Punkt- oder Kugelmasse M; m wird hier als kleine
Probemasse betrachtet, M als sehr viel größere felderzeugende Masse. In Wirklichkeit
sind beide Massen gleichberechtigt

Da sich Massen immer gegenseitige anziehen, hat eine Richtung des Gravitationsfelds keine vergleichbare Bedeutung wie beim elektrischen Feld. Richtungspfeile werden deshalb meist weggelassen.

Analog,  wie das elektromagnetische Feld vermittelt wird durch den Austausch von Photonen, vermutet man Gravitonen als Vermittler der Gravitationswechselwirkung. Gravitonen sollten keine (Ruhe-)Masse, den Spin 2 h und keine elektrische Ladung haben.

Mit der verschwindenden Masse der Gravitonen hängt die lange Reichweite der Gravitationswechselwirkung bis zum Rand des Weltalls zusammen, genauso wie die lange Reichweite der elektromagnetischen Wechselwirkung durch die verschwindende (Ruhe-)Masse der Photonen bedingt ist.

Gravitonen sind bisher nicht nachgewiesen. Es gibt noch viele offene Probleme, insbesondere kennt man noch keine allgemein anerkannte Quantentheorie der Gravitation, die mit der allgemeinen Relativitätstheorie vereinbar wäre.

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(November 2013)