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Weltraum Gravitation |
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Weltraum Informationen |
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| Schwerkräfte oder Massenanziehungskräfte |
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Die Gravitations- oder Schwerkräfte bzw. Gewichtskräfte
Zu den Gravitationskräften gehören die Erd- und die Mondanziehungskraft. Sie sind die Folge der Massenanziehung der Planeten. Die mittlere Erdanziehungskraft beträgt 9,81 Newton pro Kilogramm Masse. Die Erdanziehungskraft ist an den Polen am stärksten und am Äquator als Folge der zentrifugalkräften am geringsten.
Die Gravitationskräfte der Planeten: Die Massen sind überall gleich, die Gewichtskräfte nicht.
* Die Gewichtskraft, die auf einen Körper wirkt, hängt davon ab, wo sich der Körper befindet. Sie ist also keine Eigenschaft eines einzelnen Körpers.
Die Gravitationskräfte beeinflussen die Flugbahn von Sonden
Jeder Himmelskörper, welcher ins Gravitationsfeld (d.h. in den Raum, wo die Schwerkräfte eines Planeten Kräfte ausüben) eines Planeten eintaucht, wird von diesem mehr oder weniger stark abgelenkt, verzögert oder beschleunigt. Die Beeinflussung hängt u.a. vom Eintrittswinkel, der Geschwindigkeit und der Masse des Flugobjekts ab. Weltraumingenieure machen sich diese Wirkungen bei der Flugbahnberechnung zunutzen.
Zweistufige Raketen erreichen eine Höhe von 100±20 km. Die Gesetze der Physik geben vor, dass der Energieaufwand, welcher für eine Geschwindkeitserhöhung einer Masse erforderlich ist, im Quadrat zum Verhältnis der Geschwindigkeitszunahme ansteigt. Es braucht viermal mehr Energie, um einen Körper von 1'000 km/h auf 2'000 km/h zu beschleunigen als von 0 km/h auf 1'000 km/h.
Die Raketentriebwerke, welche die Nutzlast auf die erste kosmische Geschwindigkeit (7,9 km/s) beschleunigen müssen, entwickeln grosse Schubkräfte und entsprechend auch einen grossen Treibstoffverbrauch.
Die Fluchtgeschwindigkeiten
Aufgrund der unterschiedlich starken Gravitationskräfte und demzufolge auch verschieden mächtigen Gravitationsfeldern werden zum Verlassen der Planeten auch verschieden grosse Schubkräfte benötigt. Die Fluchtgeschwindigkeiten auf den Planeten betragen…
Kosmische Geschwindigkeiten
Wir unterscheiden vier kosmische Geschwindigkeiten:
| erste kosmische Geschwindigkeit |
Geschwindigkeit, auf welche ein Körper beschleunigt werden muss, damit er in eine Erdumlaufbahn einschwenken kann. |
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| zweite kosmische Geschwindigkeit |
Geschwindigkeit, auf welche ein Körper beschleunigt werden muss, damit er sich dem Einfluss der Anziehungkraft der Erde entziehen kann. Raumschiffe, welche die Erde verlassen wollen, müssen auf die zweite kosmische Geschwindigkeit beschleunigt werden. |
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| dritte kosmische Geschwindigkeit |
Geschwindigkeit, auf welche ein Körper beschleunigt werden muss, damit er sich dem Einfluss der Anziehungkraft unseres Sonnensystems entziehen kann. Raumschiffe, welche unser Sonnensystem verlassen wollen, müssen auf die dritte kosmische Geschwindigkeit beschleunigt werden. |
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| vierte kosmische Geschwindigkeit |
Geschwindigkeit, auf welche ein Körper beschleunigt werden muss, damit er sich dem Einfluss der Anziehungkraft unserer Galaxie entziehen kann. Raumschiffe, welche unsere Galaxie verlassen wollen, müssen auf die vierte kosmische Geschwindigkeit beschleunigt werden |
| ca.100 km/s |
| ca. 360'000 km/h |
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Der Mond fliegt der Erde nicht davon
Der Mond bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 3'700 km/h um die Erde. Wegen der Trägheit seiner grossen Masse entwickeln sich dabei grosse Fliehkräfte. Unter dem Einfluss der Erdanziehungskraft bildet sich jedoch ein Kräftegleichgewicht. Erdanziehungs-, Mondanziehungs- und Fliehkraft heben sich gegenseitig in ihrer Wirkung auf. Ein kleiner Überschuss an beschleunigender Kraft (Radialbeschleunigung) zwingt den Mond auf eine kreisähnliche Erdumlaufbahn.
Der Mond hat keine Atmosphäre
Mit seiner geringen Massenanziehungskräfte konnte sich um den Mond keine Atmosphäre bilden. Die fehlende Gashülle verunmöglicht ihm die eingestrahlte Sonnenenergie einzufangen, dann zu speichern, und anschliessend gleichmässig zu verteilen. Die Sonnenwärme wirkt unmittelbar auf einen Körper und wird von diesem sogleich wieder abgestrahlt. Das hat zur Folge, dass zwischen der Sonnen- und der Schattenseite des Mondes eine Temperaturdifferenz von ca. 260° C besteht.
Im Weltall gibt es Trägheitskräfte, aber keine Gewichtskräfte
Schwerelosigkeit bedeutet, dass sich alle Kräfte, welche auf einen Körper einwirken, gegenseitig aufheben, und dass die Summe aller Kräfte gleich 0 Newton ist. Ein schwereloser Körper erfährt demnach keine Gewichtskräfte.
Obwohl im Weltall auf einen Körper keine Gewichtskräfte wirken, sind die Massen unverändert vorhanden. Ändert der Bewegungszustand eines Körpers, so gilt der Trägheitssatz.
Trägheitssatz (Aktion = Reaktion / actio = reactio)
Wenn die Summe aller auf einen Körper wirkenden Kräfte gleich null ist,
verharrt der Körper im Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung auf geradliniger
Bahn.
"Die Massen wollen ihren Bewegungszustand beibehalten. Auf Zustandsänderungen reagieren sie mit scheinbaren Widerstandskräften".
Gravitation
| Gravitations-konstante |
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| Gravitationskraft (Newtonsches Gravitationsgesetz) |
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| Erdbeschleunigung |
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| Freier Fall |
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| Fallgesetz |
Auf der Erde gilt für alle Körper, dass, unabhängig von ihrer Masse, alle Körper in einem Vakuum (d.h. ohne Luftreibung) gleich schnell fallen. Durch die Anziehungskraft der Erde werden die fallenden Körper beschleunigt.
In der Atmosphäre vermindert die Luftreibung die Fallbeschleunigung. Körper, auf welche die Luftreibungs- und die Falbeschleunigungskraft als gleich grosse, entgegengesetzte Kräfte wirken, fallen mit konstanter Geschwindigkeit. |
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Einfluss der Schwerelosigkeit auf Lebewesen und Pflanzen
Den Effekt der Schwerkraft auf Muskeln, Knochen und Gelenke kennen wir Menschen bestens und in der Medizin wird er seit Jahrhunderten umfassend untersucht. Wie sich jedoch die Gravitation auf die Zellen auswirkt, war lange Zeit nicht bekannt. Dank moderner Zellbiologie und Raumfahrttechnologie kann heute genau untersucht werden, ob und wie auch Zellen an das irdische Leben angepasst sind.
In der Schwerelosigkeit sind etwa vielfältige Funktionen des Immunsystems beeinträchtigt: Fresszellen, die sogenannten Markophagen, welche eingedrungene Bakterien abtöten und vertilgen, sind nicht mehr in der Lage, den Menschen optimal vor Infektionen zu schützen. Astronauten leiden deshalb häufig unter Infektionen. (Quelle: Universität Zürich)
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| Text: RAOnline |
| Experimente in der Schwerelosigkeit |
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