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Kolumne KW20 „Newtons Überlegungen“

Newtons Überlegungen

 

Zu Newtons Zeiten war es noch gar nicht selbstverständlich an so etwas wie Gravitation zu denken. Das Fallen eines Apfels soll ihn dazu geführt haben, die mechanischen Prinzipien auf der Erde auf den Himmel zu übertragen.


Um zum Beispiel den Mond auf seiner Bahn zu halten, muss die Beschleunigung zur Erde hin 0,0025 m/s2 betragen. Das wäre etwa ein 3600stel der Beschleunigung an der Erdoberfläche, die ja 9,81 m/s2 beträgt. Da man aber schon wusste, dass der Abstand zum Mond etwa 60 Erdradien beträgt, konnte man schnell vermuten, dass die gravitative Wirkung offenbar mit dem Quadrat des Abstandes abnehmen muss, also 60 mal 60 = 3600. So einfach konnte man also auf das Gravitationsgesetz kommen und trotzdem überrascht es noch heute, dass das Gravitationsgesetz so einfach ist. Statt der Abhängigkeit vom Quadrat des Abstandes hätte es auch jeder andere Exponent sein können und nicht genau zwei.

Es ist so, als verteilte sich die Gravitation auf einer Kugeloberfläche, und diese vergrößert sich ja quadratisch mit dem Abstand. Das ist ganz ähnlich bei einer Lichtquelle, die im Zentrum einer Kugel steht. Da nimmt die Intensität des Lichtes auch mit dem Quadrat des Abstandes ab, weil die Kugeloberfläche entsprechend zunimmt. Ist diese rätselhafte Gravitation also etwas, das in den Raum fließt, wie Licht?

Trotz der gewaltigen Kräfte, die nötig sind, um den Mond auf seiner Bahn zu halten, ist die Gravitation eine sehr schwache Kraft. Wird sie zwischen zwei Gewichten ausgeübt, die vielleicht ein Kilo wiegen, ist sie viel schwächer als ein Windhauch. Nur durch die enorme Masse der Erde summieren sich die Anteile zu relativ großen Kräften.

Trotzdem bestimmt man die Größe der Gravitationskraft an sehr kleinen Massen, indem man eine Hantel, mit zwei Gewichten am Ende, in die Nähe von zwei weiteren Kugeln bringt und die Verdrehung der an einem Faden hängenden Hantel misst. Diese gekauften Laborversuche sind an der Hochschule beide defekt, das hauchdünne Bändchen, an dem die Hantel von nur 50 g Masse hängt, ist gerissen.

Nun wollen wir versuchen, ob man dieses Metallbändchen durch einen Faden oder eine Sehne ersetzen kann, die dann nur noch einige Hundertstel Millimeter dick sind. So hat ein Nylonfaden eine fast so große Tragfähigkeit wie ein Stahldraht, verdreht sich aber leichter, d.h. dass der Ausschlag entsprechend stärker ausfällt. Praktisch ist es aber gar nicht so einfach, so einen Faden zu finden und ihn dann entsprechend anzubringen.

Das wäre natürlich toll, wenn die Fakultät der Bekleidungstechnik, die ja nicht gerade viel mit Physik am Hut hat, dieses grundlegende physikalische Experiment rettet. Allerdings, erst einmal steht man allein da mit diesem Gedanken.

Christian Rempel im Waltersdorfe
18.5.2014