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Newtonsches Gravitationsgesetz
Das newtonsche Gravitationsgesetz wurde von Isaac Newton 1686 erstmals in seinem Werk Philosophiae Naturalis Principia Mathematica formuliert. Es besagt:
Jede Masse, genauer jeder Massenpunkt, zieht jeden anderen Massenpunkt mittels einer Kraft an, die entlang der Verbindungslinie gerichtet ist. Der Betrag dieser Gravitationskraft ist proportional zum Produkt der beiden Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes der beiden Massen. Damit ergibt sich die Kraft als:
A.: Herr Newton. Können sie mir bitte die Abkürzungen in ihrer Formel erklären?
N.: F ist die Kraft zwischen den Massenpunkten, m1 die Masse des ersten Massenpunktes,
m2 die Masse des zweiten Massenpunktes und r der Abstand zwischen den Massenpunkten.
G die Gravitationskonstante.
A.: Was ist die Gravitationskonstante?
N.: Die Gravitationskonstante (Formelzeichen G oder γ) ist eine Naturkonstante,
Sie ist bestimmend für die Stärke aller Gravitationskräfte und Gravitationsfelder.
A.: Wie sind sie zu dieser Aussage gekommen?
N.: Ich hatte in den Jahren 1665/1666 meine ersten weitreichenden Ahnungen und wegweisenden Zusammenhangserlebnisse, die mich auf die Spur meiner drei großen Theorien führten. Das habe ich in den Quaestiones veröffentlicht. Die Infinitesimalrechnung, die Theorie des Lichts und die Gravitationstheorie.
A.: War es nicht schwierig zu ihrer Zeit, die Menschen mit den Wissenschaften zu überzeugen?
N.: Ich bin selbst mit dafür verantwortlich, dass die Menschen die Möglichkeit sahen, dass die Welt auch unabhängig von einem Gott funktionieren kann. Mein Gesetz von der Gravitation, erklärt die Bewegung der Planeten um die Sonne
A.: Was war ihr Antrieb, sich auf die Suche nach einer Formel wie dieser zu begeben?
N.: Nun, die großartige Idee, dass irgendwann einmal eine einfache Weltformel gefunden werden könne, die alle weiteren Gesetze umfasst, ist wohl oft auch heute noch ein entscheidender Antrieb zur Forschung. Vielleicht wäre diese Formel dann der mathematische Ausdruck für Gott!
A.: Wie reagierten die Menschen in Ihrem Umfeld auf ihre Forschungsergebnisse?
N.: Als ich meine Forschungsergebnisse veröffentlichte, dass weisses Licht wie das Sonnenlicht aus allen Farben zusammengesetzt ist und durch ein Prisma in Spektralfarben zerlegt werden kann, stieß ich auf Desinteresse oder gar Ablehnung.
A.: Gab es aber nicht auch Menschen Ihrer Zeit, die mehr Verständnis zeigten?
N.: 1686 wurde die "Principia" der Royal Society vorgelegt. Viele bestaunten dieses als Wunderwerk an Vereinheitlichung. Ach ja, und nach der Veröffentlichung der "Principia" entstand meine Freundschaft mit Leibniz! Er erkannte meine Arbeit an , und ich natürlich die seine- ohne Verdächtigungen, dass einer auch nur eine Idee vom anderen gestohlen haben könnte.
A.: Aber was war mit dem Rest der Bevölkerung, der High Society?
N.: Nun, es war die Blütezeit der Mathematik. Die besten Köpfe auf dem Kontinent und in England stellten sich gegenseitig schwierige Aufgaben.
A.: Haben Sie ein Beispiel?
N.: Ja, das Problem: Welche Form hat die Kurve, entlang der ein Körper, ohne Reibung, vom oberen Punkt zum unteren unter Einfluß der Schwerkraft in der kürzesten Zeit heruntergleitet ? Die europäischen Mathematiker hatten Arbeit für etwa sechs Monate, ich löste die Aufgabe nach dem Abendessen.
Kurzinterview mit Isaac Newton
Newton
Isaac Newton:
Wir werden uns gemeinsam auf eine spannende Reise in die Vergangenheit begeben. Dort werden wir einige interessante Fakten zu den Bewegungsgesetzen von Newton erfahren. Dieser legte den Grundstein der klassischen Mechanik.
Wir befinden uns im Jahre 2110. Die Welt ist nun mit High Tech ausgestattet und Zeitreisen sind ohne Probleme für jeden Möglich. Man nennt das in der heutigen Welt „Museum“. Genauso wie in den ganzen langweiligen Jahrhunderten zuvor, nur dass sich nun um eine völlig neue Dimension handelt! Nichts mehr mit verstaubten Wachsfiguren oder langweiligen Darstellungsbeschreibungen. Alles hautnah und in „Real Life“. Das einzige was man nicht darf, ist, die Vergangenheit zu verändern. Das wäre das gefährlichste was man tun könnte. Denn verändert man die Vergangenheit verändert man die Zukunft! Damit steht auch schon die erste und wichtigste Regel fest. Nur gucken, nicht anfassen.
„Guten Tag meine Damen und Herren, mein Name ist Sila und ich bin ihre heutige Reisebegleitung. Zur Einstimmung auf das Thema lesen sie sich bitte das Thema der Mechanik durch http://de.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newton was uns gleichzeitig als Grundlage für die heutige Exkursion dienen wird. Ebenso können sie sich die Informationen auch noch einmal im dem Lexikon „Naturwissenschaften Schülerlexikon von DK in dem Kapitel der Dynamik“ durchlesen.
Bitte begeben sie sich nun in die Raumkapsel zu ihrer Rechten. Alle weiteren wichtigen Details erfahren sie dann über einen Lautsprecher, ich wünsche ihnen nun viel Spaß und einen Angenehmen Aufenthalt.“
Ich geleite die 20 Man große Gruppe zu der Raumkapsel und verschließe die Türen fest. Dann nehme ich meinen eigenen Platz in der Führungskapsel ein beginne zusammen mit meinem Kopiloten die wichtigen Einstellungen festzulegen. Es ist für mich mittlerweile eine völlige Routinearbeit geworden. Einfach das Zahlenrad verstellen, die Knöpfe für die Belüftung der Kapsel so einzustellen, dass ein angenehmes Klima herrscht und die Videokameras einzuschalten, damit wir auch unsere Gäste immer mit im Blick haben. Durch einen Blick gibt mir mein Kopilot, der übrigens Carsum heißt, zu verstehen, dass wir starten können. Wir sind das perfekte Team. Ich drückte auf den Gelben Knopf um eine Sprechverbindung zu der Reisekapsel aufzubauen und sagt: „ Der Countdown läuft bitte schnallen sie sich an. 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, Start.“ Wir ließen uns in den Strudel der Zeit ziehen, schalteten die Navigation auf Automatik und genossen die vertraute Zweisamkeit.
Nach ca. einer Stunde kamen wir endlich an dem gewünschten Ziel unserer Zeitreise an.
„Meine Damen und Herren, wir befinden uns nun im Anflug auf das gewünschte Ziel. Ich werde ihn nur noch kurz etwas zu der Person Isaac Newtons etwas sagen und dann können sie aussteigen um sich sein Labor anzusehen. Dies wird allerdings nur durch eine Glasscheibe geschehen, welche entspiegelt ist und nur sie hören, was er sagt, er hört nicht, was wir sagen.
Sir Isaac Newton lebte von 1643 bis 1727 in England. Die drei Gesetze zur Bewegung ermöglichten ihm die Gravitationsgesetzte aufzustellen. Das war eine bemerkenswerte Leistung, wenn man bedenkt, dass es genau diese Kraft ist, die das Universum beherrscht. Außerdem konnte er erklären, wieso der Mond um die Erde kreist und er hat herausgefunden, dass sich das Licht in Spektren, also den Spektralfarben bricht und damit nicht nur weiß ist.
Nun wünsche ich ihnen viel Spaß. Sir Isaac Newton schreibt gerade an seinen Bewegungsgesetzten und er wird uns sicherlich gerne einen Einblick darin bieten. Danach beantworte ich gerne noch Fragen.“
Die Raumkapsel dockte an und ich stieg aus, um die Türen wieder zu öffnen. Ich geleitete die Gruppe noch durch einen schwarzen Gang, bis wir dann endlich vor der großen Scheibe standen, die uns von einem der wichtigsten Meilensteine der Mechanik trennte. Ich fuhr nun den elektronischen Bildschirm mit verstellbarer Ansicht hoch und ließ die Kamera auf das Blatt von Newton schwenken. Ich zoomte die Schriften heran. Nun konnte man gut Lesen, was er da gerade geschrieben hatte. Newton selbst las, während er wartete, dass die blaue Tinte trocknete, ein Buch, dessen Inhalt mir bis heute verschlossen geblieben war bzw. ist. Selbst als Zeitreisender kann man nicht alle Geheimnisse lüften. Auf dem Bildschirm konnte man nun deutlich die drei Gesetze erkennen, die er geschrieben hatte. Durch ein automatisches Übersetzungsprogramm wurde uns der verfasste Text schon ins Deutsche übersetzt. Es war zwar nicht der genaue Wortlaut, aber sehr verständlich geschrieben.
1. Gesetz: Ein Körper ruht oder Bewegt sich gleichförmig, bis eine Kraft auf ihn einwirkt.
2. Gesetz: Wenn eine Kraft auf einen Körper wirkt, verändert sich dessen Geschwindigkeit oder Bewegungsrichtung.
3. Gesetz: Wenn eine Kraft auf einen Körper wirkt, übt der Körper eine Reaktion in entgegengesetzter Richtung aus.
Ich ließ alle in Ruhe lesen und verstehen. Dann fing ich an, das gelesene noch einmal kurz zusammen
zu fassen. „Also … Newtons 3 Bewegungsgesetzte erklären uns, wie Kräfte Körper bewegen. Wenn
die auf einen Körper wirkenden Kräfte ausgeglichen sind, verändert sich deren Bewegung nicht. Sind
die nicht ausgeglichen, wirk eine Gesamtkraft in eine Richtung. Diese verändert die Geschwindigkeit
oder die Richtung der Bewegung. Physiker bezeichnen eine Geschwindigkeits – oder
Richtungsänderung als Beschleunigung. Newtons erstes Gesetzt bezieht sich auf die Trägheit. Je
größer die Masse eines Körpers ist, desto mehr Trägheit besitzt er. Daraus erschließt sich, dass
schwere Objekte schwerer zu bewegen sind, als Leichte.
Nun habe ich für sie noch drei Beispiele für die Newtonsche Gesetze. Alle Gesetze kann man am
Besten an dem Start einer Rakete erklären. Zu dem ersten Gesetz: Wenn nun die Rakete auf der
Startrampe steht, bleibt sie dort auch logischerweise stehen, weil keine Kraft auf sie einwirkt, die sie
in Bewegung setzt. Dann schließ sich das zweite Beispiel gleich an, wenn die Raketentriebwerke
zünden, heben die dabei entstehenden Kräfte die Rakete von der Startrampe. Während die heißen
Gase des Triebwerks nach unten strömen, hebt eine gleich große Kraft die Rakete hoch. Das war das
dritte Gesetz. Mit diesen 3 Gesetzen kann man so ziemlich jede Bewegung erklären. Nun können
sich gerne noch ein wenig umsehen. Wenn sie möchten können sie sich noch ein Head - Set und
einen Chip für die Kamera abholen, damit können sie ihm noch eine Weile lauschen und sich in
seinem Labor umsehen. Wir würden uns dann in ca. 30 Minuten wieder an der Raumkapsel treffen,
um uns dann wieder zurück zu beamen.
1,5 Stunden später waren wir wieder in unserem Jahr 2110 angekommen. „Wir wünschen ihnen
noch einen wunderschönen Tag und hoffen, dass es ihnen gefallen hat. Wir hoffen, sie bei uns bald
wieder begrüßen zu dürfen. Sila und Carsum.“
