Gravitationskonstante

physikalische Konstante
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Die Gravitationskonstante ist eine Naturkonstante, die ursprünglich von Isaac Newton im Rahmen seiner Gravitationstheorie eingeführt wurde. Meist hat sie das Formelzeichen oder . Sie gibt die Stärke der Gravitation für die verwendeten Einheiten für Masse, Länge und Zeit an und ist durch das Verhältnis

,

definiert, wobei g die Gravitationsbeschleunigung im Abstand zum Mittelpunkt einer kugelförmigen Masse ist. Die natürlichen Einheiten sind so gewählt, dass die Gravitationskonstante gleich 1 und dimensionslos ist.

Im SI-System hat sie nach CODATA 2006 den Wert

Im Jahr 1798 hat Henry Cavendish in einem Laborexperiment mit einer Drehwaage die Kraft gemessen. Mit dieser Kraft hat seine Messanordnung verhindert, dass sich zwei kleine Kugeln mit einer Gesamtmasse von in Richtung der Mittelpunkte zweier größerer Kugeln mit einer Gesamtmasse bewegten. Somit war die Stärke der Gravitation , welche in Richtung des Mittelpunktes von im Abstand bestimmt.

Anschließend konnte er mit der Proportion

und Ersetzen von und entsprechender Umstellung der Gleichung direkt die mittlere Dichte der Erde berechnen. Die Masse der Erde und der Wert der Newtonschen Gravitationskonstante haben Cavendish, zumindest soweit es seine eigene Versuchsbeschreibung erkennen lässt, nicht interessiert. Beide Werte konnten aber durch sein Experiment erstmalig mit einer relativ zufrieden stellenden Genauigkeit berechnet werden. Erst danach war es möglich, die Massen weiterer Himmelskörper zu bestimmen.

Für Himmelkörper wie die Erde und die Sonne ist das Produkt ihrer Masse mit der Gravitationskonstanten aus der Vermessung von Umlaufbahnen weitaus genauer bekannt (10-stellig, siehe WGS 84) als die einzelnen Faktoren. Unter allen Naturkonstanten ist zurzeit sogar diejenige mit der größten relativen Ungenauigkeit. Diese liegt, wie aus obiger Angabe zu entnehmen ist, bei . (Zum Vergleich: Das plancksche Wirkungsquantum ist mit einer relativen Ungenauigkeit von bekannt.) Der Grund für diesen recht unbefriedigenden Zustand liegt zum einen in der relativ geringen Stärke der Gravitation im Vergleich zu den anderen Naturkräften (die zum Beispiel dazu führt, dass Messgeräte wie Torsionswaagen extrem gut geerdet sein müssen, um Einflüsse der elektromagnetischen Wechselwirkung zu unterbinden) und zum anderen am Einfluss der Erdmasse auf alle erdgebundenen Messungen. Auch nichtlineare Effekte des Torsionsmoduls tragen zur Ungenauigkeit bei. Effekte aufgrund unterschiedlicher chemischer Zusammensetzungen kommen im Allgemeinen dazu.

Siehe auch

Literatur

Wiktionary: Gravitationskonstante – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen