Grundwissen

Gewichtskraft

Die Gewichtskraft ist der Krafttyp mit dem wir im Alltagsleben ständig zu tun haben.

Folgen der Gewichtskraft:

Als Folge der Gewichtskraft F_g wird z.B. die Unterlage auf der eine Person steht (meist geringfügig) verformt. Die bei der Verformung des Bodens nach oben wirkende Kraft F_f hält der Gewichtskraft das Gleichgewicht. Vergleiche hierzu den Versuch zum Nachweis der Unterlagenverformung.

Ein an einer Schnur aufgehängter Körper verformt die Schnur, die dabei auftretende, nach oben gerichtete "Schnurkraft" hält der Gewichtskraft das Gleichgewicht.

Wird der Körper weder gehalten noch unterstützt, so fällt der Körper frei, d.h. er führt eine beschleunigte Fallbewegung aus. Schon Galilei stellte fest, dass an einem festen Ort die Fallbeschleunigung unabhängig von der Masse der Körper ist. Dabei dürfen natürlich andere Kräfte wie z.B. die Luftreibung keine Rolle spielen (vgl. Versuch mit der Fallröhre).
- Die Fallbeschleunigung auf der Erde hat in etwa den Wert 9,8 m/s². Sie ist geringfügig ortsabhängig (vgl. dazu die entsprechende Seite). Auf anderen Himmelkörpern sind deutlich von 9,8 m/s² abweichende Fallbeschleunigungen festzustellen.
- Nach dem Kraftgesetz von Newton gilt zwischen der Fallbeschleunigung g, der Masse m und der Gewichtskraft F_g der folgende Zusammenhang:

F_g = m·g

Richtung der Gewichtskraft:
Die Gewichtskraft ist stets nach unten, d.h. zum Erdmittelpunkt gerichtet.

Ursache der Gewichtskraft:

In der griechischen Naturlehre begründete man das Fallen eines Körpers mit Hilfe der "natürlichen Bewegungen". Schon vor Galilei und Newton war man sich darüber klar, dass die - das Fallen bewirkende - Gewichtskraft durch die Erdanziehung zu erklären ist:

Ein auf der Erdoberfläche befindlicher Körper wird von der Erde angezogen.
Die wirkende Kraft bezeichnet man als Erdanziehungskraft oder Gewichtkraft F_g.

Hinweise:

Etwas salopp wird im täglichen Leben die Gewichtskraft auch kurz als "Gewicht" bezeichnet.
Die Gewichtskraft ist keine Körpereigenschaft, d.h. sie hängt nicht ausschließlich vom betrachteten Körper ab, sondern auch von dem Himmelsobjekt auf dem sich der Körper befindet. Zur Gewichtskraft "gehören als zwei".
Sprechweisen: Da für die Gewichtskraft der Himmelskörper mit entscheidend ist, sollte man die Sprechweise: "Der Körper hat die Gewichtskraft" durch den Ausdruck "Der Körper erfährt die Gewichtskraft" ersetzen

Nach dem Wechselwirkungsgesetz von Newton wissen wir, dass dann auch der Körper auf die Erde eine gleichgroße aber entgegengesetzte Kraft ausübt (actio gegengleich reactio).

Als tiefere Ursache für die Gewichtskraft erkannte Newton die Massenanziehung oder Gravitation:

Zwischen zwei Körpern mit den Massen m₁ und m₂ im festen Abstand r₁₂ besteht eine stets anziehende Kraft (Gravitationskraft), die umso größer ist, je größer m₁ und m₂ ist.
Die Gravitationskraft ist bei festen Massen umso größer, je kleiner der Abstand r₁₂ zwischen den beiden Körpern ist.

Hinweise:

Newton präzisierte seine Erkenntnis auch in einem quantitativen Gesetz, dem sogenannten Gravitationsgesetz, welches du in einer höheren Klassenstufe kennen lernen wirst.
Die Gravitation ist sowohl die Ursache für die Gewichtskraft, aber auch für die Bewegung des Mondes um die Erde oder der Bewegung der Erde um die Sonne. Angeblich hatte Newton die Idee zum Gravitationsgesetz beim beobachten eines fallenden Apfels.
Auch zwischen dir und deinem Banknachbarn in der Schule muss nach Newton eine Gravitationskraft bestehen. Jedoch sind in der Regel die Massen der beteiligten Körper zu gering, um diese Kraft feststellen zu können. Hat jedoch mindestens einer der Wechselwirkungspartner eine sehr große Masse (Beispiel: m_erde = 6·10²⁴ kg = 6000000000000000000000000 kg) so treten Kräfte auf, die durchaus für uns spürbar und leicht messbar sind.
Den Nachweis Massenanziehung zwischen zwei Körpern auf der Erde konnte zuerst Cavendish durch ein sehr geschicktes Experiment führen.