Teil 4: Alles dreht sich
Ein wichtiger Teil der Mechanik sind Drehbewegungen oder Eigendrehungen von Gegenständen. Die Begriffe hat man sogar in die Atomphysik übernommen und spricht vom Spin der Elektronen, obwohl sich da überhaupt nichts dreht...
Aber der Spin der Elektronen sorgt dafür, dass eure Zettel mit kleinen Magneten am Kühlschrank haften. Er ist die Ursache der Magnetfelder von Permanentmagneten.
Endlich mal eine alltagsrelevante Anwendung...
19. Das Gravitationsgesetz
In diesem Kapitel wollen wir einen Weg kennenlernen, mit dem Newton sein Gravitationsgesetz gefunden haben könnte.
Dass er das wirklich so gemacht hat, wird bezweifelt....die Geschichte vom inspirierenden Apfelfall ist wohl nur eine Anekdote. Aber sie wird uns inspirieren.
Übrigens hat Newton diese Anekdote am 15.4.1726, ein Jahr vor seinem
Tod 1727, seinem Biographen William Stukely selbst erzählt.
Bild: WDR
Dass eine Gravitationskraft eine Kreisbahn hervorrufen kann (und deshalb steht dieses Kapitel am Anfang von Teil 4: Alles dreht sich), hat Newton eher militärisch gefunden: Was passiert, wenn man eine Kanone immer stärker macht, so dass die Kugel mit immer größerer Geschwindigkeit fortfliegt?
Vielleicht ist auch das nur eine Anekdote. Es scheint aber sicher zu sein, dass Newton sein Gravitationsgesetz aus den schon vor ihm bekannten Keplerschen Gesetzen der Planetenbewegung herleiten konnte.
Wir gehen einen etwas anderen Weg und werden dann umgekehrt zeigen, wie wir die Keplerschen Gesetze aus dem Gravitationsgesetz gewinnen können.
Auf unserem Weg werden wir aber auch, so wie Newton damals, die notwendigen Monddaten benötigen.
Wir werden lernen, wie man Abstand, Umlaufszeit und Bahngeschwindigkeit des Mondes erhält.
Zusammen mit Informationen zur Bestimmung der Gravitationskonstanten und einem Ausblick auf moderne Erkenntnisse (Gravitation bei kleinen Abständen, Dunkle Materie) werden wir uns mit einer ganz wichtigen Anwendung beschäftigen: Newtons Gesetz ist eine der ganz wenigen Möglichkeiten Massen von Sternen und Schwarzen Löchern zu bestimmen.
Dieses Kapitel zeigt die Anstrengungen von Menschen über 2500 Jahre hinweg...an dessen Ende die Massenbestimmung des Schwarzen Loches in unserer Galaxis steht.
An Newtons Mondrechnung (so nennt man dieses Vorgehen) erfahren wir 2500 Jahre Wissenschaftsgeschichte.
Viele der Themen hier stehen nicht unmittelbar im Zusammenhang mit Abiturprüfungen.
Obwohl, es gab mal eine Aufgabe, die an die Newtonsche Mondrechnung angelehnt war.
Aber alles, was wir hier lernen, wird in ähnlicher Form bei Bewegungen von Ladungen in elektrischen und magnetischen Feldern und in der Atomphysik benötigt.
19.1 Die Geschichte vom fallenden Apfel
Es ist Abend im Sommer 1665. Der damals 22-jährige Newton entspannt sich, mit dem Rücken an den Stamm eines Apfelbaumes gelehnt. Da fällt ihm ein Apfel auf den Kopf....Autsch... ganz schön wirkungsvoll diese g = 9,81 m/sec².
Und der Apfel fällt immer runter, nie zur Seite oder gar nach oben. Er muss also von der Erde angezogen werden.
Alle Massen fallen gleich schnell...das wusste Newton schon vom Galilei...Und der Mond, der so schön auf diese Szene leuchtet? Wird er nicht auch von der Erde angezogen?
Müsste er nicht auch mit g = 9,81 m/sec² auf die Erde fallen?
Zwei Fragen tauchen erst einmal auf: Offensichtlich fällt der Mond so nicht auf die Erde...was macht er aber dann?
Und wenn die Schwerkraft der Erde auch den den Mond anzieht, ist sie dann genau so groß wie hier auf ihrer Oberfläche?
Ganz offensichtloch tauchen insgesamt die folgende Fragen auf:
- Fällt auch der Mond auf die Erde?
- Wenn ja, warum trifft er nie?
- Wenn ja, mit welcher Beschleunigung fällt der Mond?
- Wie ändert sich die Fallbeschleunigung mit dem Abstand?
Fallen euch noch weitere Fragen ein?
Versucht einmal eigene Antworten zu geben, natürlich noch ohne Formeln. Aber vielleicht habt ihr schon zumindest qualitativ Vorstellungen.
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