Warum herrscht die Erdanziehung nur in der Erdatmosphäre und darüber im Universum die Schwerelosigkeit?

22 Antworten

Was bestimmt diese Grenze, warum gibts die Gravitation nur innerhalb der Luft und im Universum nicht mehr?

Die Grenze existiert nicht. Die Gravitations-Feldstärke |g› eines Himmelskörpers der Masse M (etwa der Erde, mit M als Erdmasse) ist

(1) |g› = –|e_r›·G·M/r²,

wobei der Einheitsvektor |e_r› die Richtung von der Erde weg anzeigt (die Gravitation hingegen ist zur Erde gerichtet, deshalb das Minuszeichen),

(2) G ≈ ²/₃×10⁻¹⁰m³/(kg·s²)

die - universelle - Gravitationskonstante,

(3) M ≈ 6×10²⁴kg

die Erdmasse und r die Entfernung vom Erdmittelpunkt ist. 

Damit ist für die Erde 

(4) G·M = 4×10¹⁴m³/s².

Die Erde selbst hat z.B. den Radius (ganz grob)

(5) R ≈ 6,4×10⁶m = 64×10⁵m ⇒ R² ≈ 4096×10¹⁰m²

und das ergibt etwa

(6) G·M/R² ≈ (1/1024)×10⁴m/s² = (9,76 + 5,76×10⁻⁴+…) m/s²,

was etwas weniger als unsere 9,81m/s² ist.

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Die ISS fliegt freilich nur etwa 5% weiter vom Mittelpunkt der Erde entfernt, und das bedeutet nur ganz grob betrachtet ca. 10% weniger Schwerkraft. Es ist die Zentrifugalbeschleunigung 

(7) |F›_[zf] = +|e_r›·v²/r = +|e_r›·ω²·r,

die zu Schwerelosigkeit führt, wenn (7) und (1) einander aufheben. Die Beibehaltung der erforderlichen Bahn- und Winkelgeschwindigkeit ist freilich nur in Abwesenheit von Reibungskräften möglich, deshalb ist Schwerelosigkeit über längere Zeiträume innerhalb der Erdatmosphäre nicht herzustellen.

Kurzfristig führt auch ein ballistischer Parabelflug (fliegen, wie ein geworfener Stein fliegen würde) und sogar ein radialer freier Fall zur Schwerelosigkeit im körperfesten Koordinatensystem.

Wie kommst Du nur zu derart unsinnigen Annahmen?   

Ohne weiträumige Gravitationswirkungen im Weltall könnte kein Mond um die Erde, keine Erde um die Sonne und keine Sonne um das Zentrum der Milchstraße kreisen. Alle diese Körper üben doch gewaltige Schwerkräfte aus! Und diese Kräfte nehmen mit dem Quadrat der Entfernung ab, sind aber keineswegs begrenzt. Was soll das mit der Atmosphäre zu run haben?

Als "Schwerelosigkeit" (Das sollte eigentlich "Gewichtslosigkeit" heißen und ist an keine Örtlichkeit gebunden) bezeichnen wir den dynamischen Zustand des freien Falls. Ein Körper befindet sich im "schwerelosen Zustand", wenn er nicht mit seinem Gewicht auf eine Unterlage wirkt, z.B. auf eine Waagschale oder eine Tischplatte. Und was soll das mit der Atmosphäre zu tun haben?

Natürlich findet man auch immer überall irgend einen Zusammenhang, wenn man gründlich danach sucht:

Bei Erdsatelliten wird die Fallbeschleunigung von der Fliehkraft aufgehoben. Die sind bei Antriebslosigkeit dem freien Spiel der Gravitationsfelder ausgeliefert und somit sehr dauerhaft im "schwerelosen Zustand". Derartig dauerhafte antriebslose Erdumkreisungen wären natürlich innerhalb der Erdatmosphäre nicht möglich wegen des gewaltigen Luftwiderstandes bei diesen Geschwindigkeiten. Da würden die Satelliten schnell verglühen, an Bahngeschwindigkeit verlieren und damit mangels Fliehkraft abstürzen.

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Die Erdanziehung wirkt nicht nur "in" der Atmosphäre.

Sondern: Die Atmosphäre gibt es nur in unmittelbarer Nähe zum Gravitaionsfeld. Das Gravitationsfeld hat eine theoretisch unendliche Reichweite, schwächt mit zunehmender Entfernung aber sehr stark ab.

Die Atmosphäre befindet sich nun in dem Bereich, in welchem die Gravitationskraft stark genug ist, die Gase zu "halten".

Die Grenze ist also nicht sinnlos oder unlogisch, sondern sie ist eine Konsequenz aus den wirkenden Kräften.

Viele Grüße

Farmyou2

Die Frage lässt sich nicht beantworten, da die Annahme schon falsch ist.

Warum gibt es Einhörner nur auf der Erde und nicht auf dem Mond?

Natürlich ist die Gravitationswechselwirkung nicht an die Atmosphäre gebunden, sondern wirkt auch im Vakuum. Ohne Gravitationswirkung würde kein Himmelskörper, egal ob natürlich (Sterne, Planeten, Monde etc.) oder künstlich (Satelliten) auf einer stabilen Umlaufbahn bleiben. Alle Körper würden sich dem ersten Newton'schen Axiom folgend geradlinig und mit konstanter Geschwindigkeit in die Unendlichkeit verabschieden. Das stimmt aber nicht mit den physikalischen Beobachtungen überein.

Im Orbit, auf der ISS herrscht nur scheinbar Schwerelosigkeit. Man nennt das Mikrogravitation, dh die Fliehkraft durch die Bewegung der ISS um die Erde und der Fall auf die Erde heben sich soweit auf, das alles in der ISS schwebt. 

Echte Schwerelosigkeit gibt es erst in größerer Entfernung von massereichen Körpern wie Erde und Mond. 


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