Mechanik

Kraft und Masse; Ortsfaktor

Gravitationsdrehwaage

  • Was ist denn der Unterschied zwischen Masse und Gewicht?
  • Nimmt man eigentlich im Weltall ab?
  • Ist ein Kilogramm Gold wirklich überall gleich schwer?

Gravitationsdrehwaage

1798 gelang es Henry CAVENDISH mit dieser Anordnung die Massenanziehung zwischen zwei Körpern auf der Erde experimentell nachzuweisen. Bild: By Henry Cavendish [Public domain], via Wikimedia Commons
Henry CAVENDISH (1731 - 1810)
Bild von Unbekannt (Popular Science Monthly Volume 59) [Public domain], via Wikimedia Commons
Hier das an der Wand montierte Modell am Rupprecht-Gymnasium, bei dem der Lichtstrahl der Lampe über ein Prisma auf den Drehspiegel gelenkt wird.

Die Funktions­weise einer Gravitations­drehwaage wird im Folgenden anhand einer heute in den Schulen verwandten Waage erklärt.

Das Grundprinzip von Cavendishs Apparatur ist die Messung kleinster Kräfte durch die Verdrillung eines dünnen Drahtes. Es gibt diverse Durchführungsformen für dieses Experiment.

An einem dünnen Draht hängt ein Hantel mit zwei kleinen Bleikugel (jeweils Masse m), die in einer horizontalen Ebene drehbar sind. Beleuchtet man den am Draht befestigten Hohlspiegel mit einem Lichtstrahl, können kleinste Drehwinkel nachgewiesen werden. Den kleinen Bleikugeln der Masse m stehen große Bleikugeln der Masse M gegenüber, es kommt aufgrund der Gravitation zu einer kleinen Anziehungskraft. Verändert man die Position der großen Bleikugeln, wie es in der Animation dargestellt ist, so wirken die Gravitationskräfte auf die kleinen Kugeln gerade in die umgekehrte Richtung, die Hantel setzt sich in Bewegung und führt eine Schwingung durch, die zu Beginn der Bewegung als konstant beschleunigte Bewegung angenähert werden kann.

5 Bewegung der Hantel in der Gravitationsdrehwaage nach der Veränderung der Position der beiden großen Bleikugeln

Die Bewegung der Hantel mit den kleinen Massen \(m\) ist der Nachweis für das Wirken der Gravitationkraft. Sie ist in diesem Falle sehr klein, aber über die gute Versuchsidee von CAVENDISH sogar in der Schule nachweisbar.

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