Gravitation als Impulsquelle

Die Gravitation ist für uns Menschen allgegenwärtig. Solange wir uns nicht in einem Fahr- oder Flugzeug befinden, wissen wir jederzeit, wo oben und unten ist. Ursache dieses Phänomens ist die permanente Wirkung des Gravitationsfeldes. Dieses Feld pumpt - bei einer nach unten gerichteten Bezugsrichtung - andauernd Impuls in unseren Körper hinein. Uns bleiben dann nur noch zwei Möglichkeiten, zu fallen oder den Impuls unmittelbar an die Erde abzuführen. Solange wir fallen, spüren wir von der Gravitation überhaupt nichts mehr. Dafür bezahlen wir diese Schwerelosigkeit im schlimmsten Fall mit dem Leben, dann wenn wir den Impuls beim Aufprall blitzartig nach unten abgeben müssen.

Die Stärke der gravitativen Impulsquelle, die Gewichtskraft, ist proportonal zu Masse m und proportional zur Gravitationsfeldstärke g. Die Masse ist demnach eine Doppeleigenschaft der Materie. Einerseits wirkt sie als Kapazität bezüglich der Grösse Impuls (träge Masse), andererseits legt sie zusammen mit dem Gravitationsfeld die Stärke der Gewichtskraft fest (schwere Masse). Diese Doppeleigenschaft ist dafür verantwortlich, dass ein Pilot in seinem Cockpit nicht zwischen der "echten" Gravitation und der Beschleunigung des Flugzeuges unterscheiden kann.

Impulsquelle

Wassertropfen als Impulsspeicher

Ein Tropfen, der am Wasserhahn hängt, gibt den vom Gravitationsfeld zugeführten Impuls direkt nach oben ab. Der rückwärts fliessende Impulsstrom belastet das Wasser auf Zug, wodurch die typische Tropfenform entsteht (der Impulstransport durch das Wasser erfolgt wie bei einem aufgehängten Mehlsack hauptsächlich über die Wasseroberfläche). Sobald sich der Tropfen vom Hahn löst, bleibt der Impuls dort liegen, wo er zugeführt wird. Jedes Wassermolekül sammelt den Impuls, den es vom Gravitationsfeld bekommt. Weil die gravitativ induzierten Impulsströme im freien Fall wegfallen, ist der Wassertropfen praktisch spannungsfrei. Einzig die Oberflächenspannung, die den Tropfen zu einer Kugel formt, und der Luftwiderstand stören diesen Zustand der Schwerelosigkeit. Mit dem Aufschlag gibt der Tropfen den in der Zwischenzeit gesammelten Impuls schlagartig an den Boden ab. Fällt der Tropfen ins Wasser, gibt er mehr Impuls ab als er besitzt. Deshalb taucht er danach mindestens noch einmal auf.

Die Impulsquellen bestimmen unsern Alltag. Ob wir stehen, sitzen oder liegen, immer muss der gravitativ zufliessende Impuls nach unten an die Erde abgegeben werden. Die dadurch ausgelösten Impulsströme belasten im Stehen und Liegen unser ganzes Skelett und führen bei längerem Liegen zu Druckgeschwüren (Dekubitus). Viele Pflanzen leiden noch stärker unter der Gravitation als der Mensch. So muss eine Fichte möglichst hoch wachsen, damit sie im dichten Wald genügend Licht erhält. Dadurch vergrössert sich ihre Masse und damit die Stärke der Impulsquelle. Am Bauplan der Fichte kann man erkennen, wie die Natur mit diesem Problem umgeht. Der genau vertikal ausgerichtete Stamm wird nach unten immer dicker und kann so die von den Ästen zufliessenden Impulsströme sammeln und nach unten ableiten. Kein Zufall, dass alle hohen und schlangen Gebäude wie der Eiffelturm oder ein Fernsehturm eine ähnliche Geometrie aufweisen wie der Stamm einer Fichte.

In Brücken, Dachstühlen und Freileitungen kommt noch ein weiteres Problem dazu. In diesen Bauwerken wird der gravitativ zugeführte Impuls seitwärts abgeleitet. Nun kann man den Impulsstrom mehr oder weniger problemlos vorwärts (Druck) oder rückwärts (Zug) durch ein Bauteil hindurch führen. Sobald man aber eine Impuskomponente seitwärts zur Bezugsrichtung ableiten will, entstehen im dafür vorgesehenen Bauteil zusätzliche Wirbelströme, die das Material extrem belasten. In der Rotationsmechanik werden wir dieses Phänomen von einer etwas höheren Warte aus betrachten und dabei feststellen, dass ein seitwärts fliessender Impulsstrom als Quelle für die mengenartige Grösse Drehimpuls wirkt.