Die Schwerelosigkeit und der freie Fall

Die Schwerkraft, sie ist die Dirigentin im Schauspiel des Universums. Nichts kann sich ihrer Wirkung entziehen. Unaufhörlich wird von ihr bestimmt, wie sich Planeten auf ihren Bahnen bewegen, sich Sterne aus kosmischen Staubwolken bilden oder warum Gegenstände auf der Erde stets auf den Boden fallen.

Auf den großen Skalen des Weltraums ist sie die stärkste Kraft der Physik und Du kannst sie auch nicht einfach so abschirmen oder ihre Wirkung umkehren. Und dennoch gibt es eine Situation, in der die Schwerkraft scheinbar nicht mehr da ist: die Schwerelosigkeit.

Wie funktioniert die Schwerkraft?

Um zu verstehen, was es bedeutet, sich in der Schwerelosigkeit zu befinden, gehen wir zunächst auf die Natur der Schwerkraft ein. Die Gravitation, wie sie auch genannt wird, ist eine der vier Grundkräfte der Physik, neben dem Elektromagnetismus und der schwachen und starken Kernkraft. Sie bilden das Grundgerüst der Physik. Während die letzten drei Kräfte aber ihre Wirkung über Teilchen wie Elektronen und Photonen austauschen, liegt der Gravitation ein anderes Prinzip zugrunde. Es ist eine Eigenschaft des Raumes selbst.

Damit es für dich verständlich bleibt, vereinfachen wir an dieser Stelle etwas. Stell dir vor, wir stellen unser dreidimensionales Universum als flache Ebene dar, wie ein Blatt Papier, aber elastisch und verformbar – so ähnlich wie ein Trampolin. Legen wir einen leichten Gegenstand wie einen Planeten darauf, entsteht eine kleine Delle. Und ein schweres Objekt wie die Sonne erzeugt eine tiefere und breitere Einbuchtung. Wenn sich jetzt der Planet um die Sonne bewegt, surft er quasi an der Senke der Sonne in einer Kreisbahn entlang.

Auch wenn es schwer vorstellbar ist, aber genau so funktioniert das in unserer 3D-Welt auch. Alle Objekte mit Masse verbiegen den Raum um sich herum und sorgen so dafür, dass Gegenstände zu sich heran gezogen werden. Sie rollen sozusagen in die Senke hinein, um beim Vergleich mit dem Trampolin zu bleiben.

Schwerelosigkeit und der freie Fall

Der berühmte Physiker Isaac Newton war der erste, der die Wirkung der Gravitation durch ein Gesetz beschreiben konnte. Es besagt, dass sich zwei Massen immer gegenseitig anziehen und zwar egal, wie weit sie voneinander entfernt sind. Die Anziehung wird zwar schwächer, aber hört niemals auf. Die Schwerkraft lässt sich folglich nicht einfach abstellen und es gibt auch keine Antischwerkraft mit der man ihre Wirkung aufheben könnte.

Das, was wir als Schwerelosigkeit wahrnehmen, ist in Wirklichkeit eine Art freier Fall. Schicken wir dich dazu als Astronauten auf die ISS. Obwohl dort oben in 400 Kilometern Höhe alles zu schweben scheint, beträgt die Schwerkraft immer noch rund 89 Prozent der auf dem Erdboden.

Die Annahme im Weltall wäre alles schwerelos ist also falsch.

Es ist vielmehr so, dass das Gefühl der Schwerelosigkeit durch die Überlagerung verschiedener Kräfte entsteht.

Im Fall der Astronauten auf der ISS sind dies die zur Erde gerichtete Erdanziehungskraft und die von der Erde weg gerichtete Zentrifugalkraft, die durch die Kreisbewegung der ISS entsteht. Da beide Kräfte exakt gleich groß sind und in ihrer Richtung entgegengesetzt wirken, heben sich beide Kräfte gegenseitig auf.

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