Grundlagen der Mechanik: Gravitation und Kräfte

Bewegungsarten

• Translation: Alle festen Teilchen bewegen sich gleichförmig.
• Rotation: Alle festen Teilchen beschreiben Kreisbahnen um eine Achse, mit Ausnahme derjenigen, die direkt auf der Achse liegen und stationär bleiben.

Drehmoment

Das Moment einer Kraft beschreibt die Wirksamkeit einer Kraft, die eine Drehung um eine Achse erzeugt. Es hängt von der Größe der Kraft und ihrem Abstand zum Drehpunkt ab.

Allgemeines Gleichgewicht

Ein Objekt befindet sich im statischen Gleichgewicht, wenn es in Ruhe ist und bleibt. Dies bedeutet jedoch nicht, dass keine Kräfte auf das Objekt einwirken.

Gravitationskräfte

Zwei Körper mit Masse ziehen sich gegenseitig durch eine Gravitationskraft an. Diese Kräfte sind besonders bei Körpern mit sehr großer Masse relevant.

Gesetz der universellen Gravitation

Isaac Newton formulierte das Gesetz der universellen Gravitation: Zwei Massenpunkte ziehen sich gegenseitig mit einer Kraft an, die proportional zum Produkt ihrer Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat ihres Abstandes ist.

Das Minuszeichen im mathematischen Ausdruck verdeutlicht, dass Gravitationskräfte immer anziehend wirken. Sie treten stets paarweise auf, besitzen den gleichen Betrag und die gleiche Richtung, jedoch entgegengesetzte Sinne.

Gravitationsfeld

Das Gravitationsfeld ist eine Störung, die ein Körper mit Masse im umgebenden Raum erzeugt. Die Gravitationsfeldstärke g an einem Punkt im Raum ist die Kraft, die auf eine Masseneinheit an diesem Punkt wirkt.

Um das Feld eines Teilchens der Masse M in einem Abstand d zu bestimmen, platziert man eine Testmasse m und misst die wirkende Kraft. Der Vektor g verläuft entlang der Verbindungslinie zwischen der Masse M und dem Punkt P. Es handelt sich um ein Zentralfeld.

Der Betrag des Gravitationsfeldvektors ist: g = GM / d².

Gewicht von Körpern

Das Gewicht p eines Körpers ist die Kraft, mit der die Erde ihn anzieht: p = m · g.