Gravitationsfeld

Phänomen

Stellt man einen Körper auf eine Waage, zeigt diese einen konstanten Impulsstrom an. In der Regel ist die Waage in Kilogramm geeicht, d.h. die Stärke des an die Erde abfliessenden Impulsstromes wird auf die Masse des Körpers umgerechnet. Lässt man den Körper fallen, nimmt seine Geschwindigkeit und somit auch sein Impulsinhalt mit konstanter Rate zu. In beiden Fällen wird der Impuls unsichtbar, also ohne erkennbare Zuleitung zugeführt; der Impuls fliesst vom Gravitationsfeld volumenmässig in den Körper hinein (hier ist stillschweigend vorausgesetzt worden, dass die positive Richtung nach unten zeigt).

Im Vakuum verändert sich die Geschwindigkeit aller fallenden Körper an einem bestimmten Ort mit der gleichen Rate, d.h. alle Körper erfahren die gleiche Beschleunigung. Dies ist eine direkte Folge der Äquivalenz von schwerer und träger Masse. Weil die schwere Masse, die mit Hilfe einer Balkenwaage durch Massenvergleich bestimmt werden kann, für alle Stoffe identisch mit der trägen Masse ist, führt der gravitative Impulsaustausch bei allen Körpern zur gleichen Beschleunigung. Steigt zum Beispiel ein Astronaut aus seinem Raumschiff aus, macht erweiterhin die Fallbewegung seines Raumtransporters mit. Er fliegt ohne sich festklammern zu müssen mit dem Raumschiff mit. Da sich alle Körper bei gegebener Anfangsgeschwindigkeit ohne weiteres Dazutun gemeinsamen durch den leeren Raum fallen, entsteht das Gefühl der Schwerelosigkeit. Einstein hat dieses Gefühl zum Ausgangspunkt seiner Überlegungen zur Gravitation gemacht und daraus geschlossen, dass jedes frei fallende System lokal als Inertialsystem angesehen werden kann.

Starre, nichtrotierende Körper, die im Vakuum frei fallen, haben zu einem bestimmten Zeitpunkt eine feste Beschleunigung. Weil das Gravitationsfeld in der Regel inhomogen ist, führt es dem ausgedehnten Körper nicht in allen Massenelementen gleich viel Impuls pro Zeit zu. Der zufliessende Impuls muss danach im Innern des Körpers so umverteilt werden, dass die Beschleunigung auch wirklich konstant bleibt. Dieses Phänomen des Ausgleichs nennt man Gezeitenwirkung.

Feldstärke und Potenzial

Der Zustand des Gravitationsfeldes kann lokal mit Hilfe der Gravitationsfeldstärke beschrieben werden. Die Gravitationsfeldstärke beschreibt, mit welcher Rate ein Körper pro Masse Impuls mit dem Gravitationsfeld austauscht

[math]\vec g = \frac {\Sigma_{\vec p}}{m}[/math]

Die gravitative Impulsquelle bezüglich eines Körpers heisst Gewichts-, Schwer- oder Gravitationskraft

[math]\vec g = \frac {\vec F_G}{m}[/math]