Grundlagen der Physik: Gravitation, Keplersche Gesetze und Elektrizität

Grundlagen der Gravitation

Gesetz der universellen Gravitation

Zwei Materieteilchen ziehen sich gegenseitig mit einer Kraft an, die proportional zum Produkt ihrer Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands ist, der sie trennt.

Gravitationsfeld

Das Gravitationsfeld ist die Störung, die ein Körper durch seine Masse im umgebenden Raum erzeugt.

Gravitationsfeldstärke (g)

Die Gravitationsfeldstärke g an einem Punkt im Raum ist die Kraft, die auf eine dort platzierte Masseneinheit wirken würde.

Konservative Kräfte

Konservative Kräfte sind Kräfte, bei denen die verrichtete Arbeit nicht vom Weg abhängt.

Potenzielle Gravitationsenergie

Die potenzielle Energie einer Masse m an einem Punkt im Raum ist die Arbeit, die das Gravitationsfeld verrichtet, um die Masse m von diesem Punkt ins Unendliche zu bewegen.

Gravitationspotential

Das Gravitationspotential an einem Punkt im Raum ist die Arbeit, die verrichtet werden muss, um eine Masseneinheit von diesem Punkt ins Unendliche zu bewegen.

Die Keplerschen Gesetze der Planetenbewegung

1. Alle Planeten bewegen sich auf elliptischen Bahnen, wobei die Sonne in einem der Brennpunkte steht.
2. Eine Linie, die einen Planeten mit der Sonne verbindet, überstreicht in gleichen Zeitintervallen gleiche Flächen.
3. Das Quadrat der Umlaufzeit eines Planeten ist direkt proportional zur dritten Potenz seiner großen Halbachse (mittlerer Abstand zur Sonne).

Grundlagen der Elektrizität

Coulomb-Gesetz

Die Kraft der Anziehung oder Abstoßung zwischen zwei punktförmigen elektrischen Ladungen ist direkt proportional zum Produkt der Ladungen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands, der sie trennt.

Merkmale elektrischer Kräfte

• Die Kraft wirkt entlang der Geraden, die die Ladungen verbindet. Sie ist abstoßend, wenn die Ladungen gleiches Vorzeichen haben, und anziehend, wenn sie entgegengesetzte Vorzeichen haben.
• Elektrische Kräfte sind Fernkräfte; es ist kein materielles Medium zwischen den Ladungen erforderlich, damit diese Kräfte wirken.
• Sie treten immer paarweise auf, gemäß dem Prinzip von Aktion und Reaktion. Das heißt, die Kräfte F₁₂ und F₂₁ haben die gleiche Größe, aber entgegengesetzte Richtungen.
• Experimentell ist verifiziert, dass elektrische Kräfte dem Superpositionsprinzip genügen. Im Falle von drei oder mehr elektrischen Ladungen ist die resultierende Kraft auf eine von ihnen die Vektorsumme aller Kräfte, die die anderen Ladungen auf sie ausüben.

Elektrisches Feld

Als elektrisches Feld bezeichnen wir die Störung, die ein Körper durch seine elektrische Ladung im Raum erzeugt.

Intensität des elektrischen Feldes (E)

Die Intensität des elektrischen Feldes E an einem Punkt im Raum ist die Kraft, die auf eine dort platzierte positive Einheitsladung wirken würde.

Potenzielle elektrische Energie

Die potenzielle Energie einer Ladung q an einem Punkt im Raum ist die Arbeit, die das elektrische Feld verrichtet, um die Ladung q von diesem Punkt ins Unendliche zu bewegen.