Beschreibung
Ein Gravitationsfeld existiert in jedem Bereich, in dem ein Teilchen einer Kraft ausgesetzt ist, die nur von der Masse und der Position des Teilchens abhängt.
Das Gravitationsfeld an einem Punkt ist eine Vektorgröße, die gewöhnlich durch das Symbol g dargestellt wird.
Das Gravitationsfeld an einem Punkt ist definiert als die Kraft pro Masseneinheit, die auf ein an diesem Punkt befindliches Teilchen wirken würde.
Wirkt auf eine Testmasse m an einem Punkt eine Kraft F, die nur von der Masse und der Position des Teilchens abhängt, so ist das Gravitationsfeld an diesem Punkt definiert als
g = Fm
Diskussion
Das Gravitationsfeld wird manchmal auch als Gravitationsfeldstärke bezeichnet; in diesem Glossar wird dieser Begriff vermieden, weil er mit der Größe des Gravitationsfeldes verwechselt werden könnte.
Die Kraft in der Beschreibung ist als Gravitationskraft bekannt und wird oft als Gewicht bezeichnet, aber der letztere Begriff ist zu vermeiden, da er mehrdeutig ist.
Historisch wurde g manchmal als Erdbeschleunigung bezeichnet, da sie numerisch gleich der Beschleunigung ist, die ein frei fallendes Objekt in einem Gravitationsfeld erfährt.
SI-Einheit
Newton pro Kilogramm, N kg-1
Ausgedrückt in SI-Basiseinheiten
m s-2
Andere üblicherweise nicht verwendete Einheit(en)
gal ( 1 gal = 0.01 N kg-1)
Mathematische Ausdrücke
- Wenn eine Masse m eine Gravitationskraft F erfährt, dann ist das Gravitationsfeld an diesem Punkt
g = Fm - Die Größe des Gravitationsfeldes g auf der Erdoberfläche ist mit der universellen Gravitationskonstante G
g = GMRE 2
verbunden, wobei M die Masse der Erde und RE ihr Radius ist.
Verwandte Einträge
- Elektrostatisches Feld
- Gravitationspotential
- Gewicht
Im Kontext
Die Größe des Gravitationsfeldes an der Erdoberfläche beträgt etwa 9.8 N kg-1.
Der Wert von g variiert von Ort zu Ort auf der Erdoberfläche. Ein Grund dafür ist, dass g von der Entfernung zum Erdmittelpunkt abhängt und die Erde keine perfekte Kugel ist – der Erdradius ist an den Polen kleiner als am Äquator. Außerdem ist die Dichte der Erde nicht gleichmäßig, so dass die Masse der Erde nicht gleichmäßig verteilt ist.
Die Gravimetrie, bei der das Schwerefeld der Erdoberfläche gemessen wird, kann Aufschluss über die Beschaffenheit der Materialien im Erdinneren geben, z. B. über Ölvorkommen. Gravimetrische Messungen des Oberflächengravitationsfeldes können Aufschluss über die Beschaffenheit von Materialien im Erdinneren geben, z. B. von Erdölvorkommen. Schwankungen von g in der Größenordnung von ~ 10-8 N kg-1 können mit empfindlichen Instrumenten festgestellt werden.
Die Beschleunigung des freien Falls auf der Erde, wie sie beispielsweise in einem einfachen Pendelexperiment oder durch Zeitmessung eines fallenden Objekts gemessen wird, wird sowohl durch die Erdrotation als auch durch das lokale Gravitationsfeld beeinflusst. Die Auswirkungen der Rotation sind in niedrigen Breitengraden (in Äquatornähe) am größten, aber selbst am Äquator verringern Rotationseffekte die Beschleunigung des freien Falls nur um etwa 3 × 10-2 m s-1, so dass solche Effekte oft ignoriert werden können