[Physik] Wirkungsbereich der Schwerkraft
-
Hio,
Ich habe mich gerade gefragt, worauf wirkt eigentlich die Schwerkraft und wikipedia konnte das nicht ausreichend beantworten, also reiche ich die Frage mal an euch weiter: Worauf genau wirkt denn nun die Schwerkraft?
Auf Teilchen mit Masse, also was größer als ein Atom ist oder auch auf Lichtquanten oder oder oder?
-
Die Schwerkraft wirkt auf jede Masse.
Lichtquanten haben zwar keine Ruhemasse, jedoch eine relativistische Masse. Der Effekt, dass die Schwerkraft auch auf Lichtquanten wirkt, lässt sich an schwarzen Löchern beobachten: Innerhalb des Ereignishorizontes ist die Schwerkraft so groß, dass nicht einmal das Licht aus dem Ereignishorizont heraustreten kann.
Viele Grüße!
-
Die relativistische Masse ist ein veralteter Begriff, den man heute nicht mehr verwendet. Man unterscheidet also nur massebehaftete und masselose Teilchen. Die Ablenkung, die beispielsweise Photonen im Gravitationsfeld erfahren, kann man nicht einfach ausrechnen indem man bei Planetenbahnen die Masse durch diese "relativistische Masse" ersetzt, das ist deutlich komplizierter. Photonen können auch nicht auf stabilen Bahnen um einen Körper kreisen. Es gibt zwar eine Lösung der Einsteingleichung, die eine geschlossene Kreisbahn für Photonen erlaubt, diese ist jedoch instabil, dh. bei der allerkleinsten Störung fliegt das Photon entweder ins Zentrum oder nach außen weg.
Im Übrigen braucht es dazu nichtmal ein schwarzes Loch, jegliches kugelsymmetrisches Gravitationspotential tut es auch. So wurde ja die allgemeine Relativitätstheorie eindrucksvoll bestätigt, indem man während einer Sonnenfinsternis die Ablenkung von Sternenlicht, das an der Sonne vorbeiläuft, beobachten konnte. (Die Ablenkung betrugt so etwa 5 Bogensekunden.)
Für besagte instabile Kreisbahn muss der Körper jedoch einen Radius haben, der kleiner ist als das eineinhalbfache des Schwarzschildradiuses.In Wirklichkeit wirkt die Gravitation also auf alles, da sie den Raum krümmt und so festlegt, wie sich Körper, auf die sonst keine Kraft wirkt, bewegen müssen (und zwar auf Geodäten in der Raumzeit, auf zeitartigen für massebehaftete und lichtartigen für masselose Teilchen, nur so als Stichwort). Die Gravitationskraft ist dann eher eine Scheinkraft.
Falls du das Problem klassisch betrachtest, kann man aber guten Gewissens sagen, dass Gravitation nur auf massive Körper wirkt, wobei die Kraft auf mikroskopische Teilchen (Moleküle, Atome, Elementarteilchen) vernachlässigt werden kann, da die anderen drei Grundkräfte (EM, starke und schwache Kernkraft) deutlich stärker sind. Große Körper (Planeten, Menschen) sind jedoch immer elektrisch neutral, sodass wiederrum diese drei anderen Grundkräfte keine Rolle spielen.
-
Bedeutet dies, dass ich mir bei Photonen gar keine "relativistische Masse" vorstellen kann? Sind sie also komplett masselos? Oder ist nur der Begriff Masse hier nicht angebracht, weil sie keine Ruhemasse besitzen?
Denn du hast ja recht... Wenn ein Körper die Raumzeit krümmt, müsste sich ja auch ein komplett masseloser (also auch ohne relativistische Masse) Körper auf einer Geodäten bewegen, also abgelenkt werden.
-
Eine "relativistische Masse" sollte man sich strenggenommen nirgends vorstellen. Das ist ein Konstrukt, um Rechnungen für Schüler einfacher zu machen, aber eigentlich unphysikalisch. Die Relativitätstheorie ist halt etwas komplizierter, als überall nur so einen gamma-Faktor einzufügen.
Es gibt Masse und es gibt Impuls. Punkt. Die Energie ergibt sich daraus durch E2=p2+m^2 (c ist hier 1 gesetzt). Für p=0 hat man die Ruheenergie und für m=0 die Energie von Photonen, die nur Impuls tragen. Da braucht es keine "relativistische Masse".
-
Kleine Anmerkung an Pille: Solche Späße wie c=1 machen theoretische Physiker ständig, in SI-Einheiten ist die Formel E^2 = p^2 * c^2 + m^2 * c^4. Außerdem gibt es bei denen, wie schon ausgeführt, so ein Ding wie die relativistische Masse nicht, stattdessen steht der Faktor sqrt(1-v2/c2) direkt in den entsprechenden Formeln (ggf. noch mit c=1, aber das macht man wohl erst später; bei uns wurde das im Zusammenhang mit der Elektrodynamik in Gaußeinheiten gemacht, die für Länge, Zeit und Masse die selben Dimensionen benutzen wie die SI-Einheiten).
-
.filmor schrieb:
Kleine Anmerkung an Pille: Solche Späße wie c=1 machen theoretische Physiker ständig
c = 1 zu setzen und damit Geschwindigkeiten dimensionslos zu machen, hat lange Tradition und ist kein Trick von Theoretikern. In Grimms Rotkaeppchen ist die Geschwindigkeit eines Spaziergaengers 1, daher liegt Grossmutters Haus eine halbe Stunde vom Dorf.
-
Hallo,
die Schwerkraft kann man sich auch folgendermassen gut veranschaulichen.
Man nehme ein Bettlaken was straff gespant ist. Keine Delle drin.
Dann rollt man eine kleien Murmel darueber, sie rollt einfach geradeaus.
Nun legt man in die Mitte des Lakens eine schwere Kugel, die das Bettlaken an der Stelle herunterzieht.
Rollt man die kleine Murmel nun nochmals ueber das Laken, so wird sie von der schweren Kugel 'angezogen', bzw. sie rollt quasi in die Delle der Kugel rein.
Nun gibt es 3 Moeglichkeiten:
1. Murmel ist gaaaanz schnell, wird nur ganz wenig abgelenkt und rollt davon.2. Murmel ist seeeehr langsam, kann nicht mehr aus der Delle rollen und naehert sich in Kreisbahnen der Kugel an und stuerzt auf diese.
3. Murmel hat eine passende Geschwindigkeit, sodass sie ein Stueck weit in die Delle reinrollt, aber dann auf einer Kreisbahn um die grosse Kugel herumrollt. (Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft sind dann im Gleichgewicht)
Natuerlich ist die Bewegung der Murmel als Reibungsfrei anzunehmen
Das Bettlaken ist in dem Fall dann quasi die Raumzeit, die durch die Masse (die schwere Kugel) gekruemt wird und so wird die Murmel (z.b. Planeten) von der Gravitationskraft der schweren Kugel (der Delle im Laken) angezogen.
Wenn die schwere Kugel jetzt aber so schwer ist, das die Delle quasi 90 Grad nach unten geht, hat die Murmel keine Chance mehr zu entkommen, wir haben quasi ein Schwarzes Loch. Egal wie schnell sie ist, sie wird in die Delle(das Loch) fallen.
Frage ist natuerlich wo diese Delle dann hinfuehrt...aber das werden wir auch noch irgendwann herausfinden
Finde dieses Beispiel relativ einfach zu erklaeren und gut verstaendlich.
Kennt vielleicht jemand aehnliche Beispiele um so die Grundlagen unserer Welt zu erklaeren?MfG, Heimdall83