Gravitation

Warum bleiben die Personen auf dem Boden stehen und schweben nicht einfach davon? Warum fallen Gegenstände zu Boden? Und warum muss ich mich anstrengen, wenn ich z.B. die Stufen zu der Kirche San Simeone hinaufsteige oder über die Bogenbrücke gehe?
Die Antwort auf alle diese Fragen ist die Gravitation. Das ist die Kraft mit der sich zwei Massen anziehen. Entdeckt wurde das Gravitationsgesetz von Sir Isaac Newton in der zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts. Ausgehend von den Keplerschen Gesetzen der Planetenbewegung stellte er fest, dass die Kraft F, die zwischen zwei Körpern wirkt, direkt proportional zu dem Produkt der beiden Massen m1 und m2 und indirekt proportional zum Quadrat ihres Abstandes r ist (siehe Bild).
 
G ist dabei die Newtonsche Gravitationskonstante und die Kraft wirkt in Richtung der Verbindungsgeraden der beiden Massen. Veröffentlicht hat er dies unter anderem in den „Philosophie Naturalis Principia Mathematica“, welches oft als das bedeutendste Werk der Wissenschaftsgeschichte, ja manchmal sogar als das wichtigste Buch überhaupt beschrieben wird. Dies liegt daran, dass Newton wesentliche neue Entdeckungen in der Mathematik und der Physik gemacht hat und dass darin das ganze wissenschaftliche Weltbild der damaligen Zeit zusammengefasst ist.
Da nun die Masse der Erde sehr groß ist, fallen Gegenstände nach unten und wir bleiben auf der Erde stehen. Da die Erdanziehung überall auf der Erdoberfläche zirka gleich groß ist, ergibt sich das Gewicht G eines Körpers zu G=g*m, wobei g=9,81 m/s2 und m dessen Masse ist. Man erhält diese Formel, wenn man in das Newtonsche Gravitationsgesetz die Zahlen für die Erdmasse und den Erdradius einsetzt. Alle Körper fallen übrigens gleich schnell, sie werden nur unterschiedlich stark durch den Luftwiderstand abgebremst, d.h. Reibung ist für unterschiedliche Fallgeschwindigkeiten verantwortlich.
Die moderne Theorie der Gravitation ist Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie. Nach dieser ist Masse auch nur eine Erscheinungsform der Energie und diese wiederum bewirkt eine Krümmung des Raumes (genauer gesagt der vierdimensionalen Raumzeit). Die mathematische Beschreibung ist sehr aufwendig und beruht auf der Tensoranalysis und der Differentialgeometrie. Auf diesem Gebiet wird an der TU Wien noch viel geforscht.

Institut für Theoretische Physik: URL: itp.tuwien.ac.at/Fundamental_Interactions#Gravitation