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Erdschwerefeld
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Das Erdschwerefeld ist das Feld aus Betrag und Richtung (Vektorfeld) der Fallbeschleunigung im Einflussbereich der Erde und wird verursacht und beeinflusst durch:
- die Gravitationswirkung der Erdmasse,
- die aus der Erdrotation resultierende Zentripetalkraft (Fliehkraft),
- Unregelmäßigkeiten im Aufbau und in der Form der Erde,
- die Gezeiten, d.h. die Gravitationswirkung von Mond und Sonne.
Den weitaus größten Einfluss auf das Schwerefeld der Erde hat die Gravitation der Erdmasse sowie die Höhe bzw. der Abstand vom Erdmittelpunkt. Die anderen Faktoren führen nur zu kleinen Abweichungen.
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Zonen
Erdoberfläche
Das Erdschwerefeld erreicht seinen höchsten Wert an der Erdoberfläche. Es ist dort jedoch nicht einheitlich, da die Erde keine exakte Kugelform hat (siehe Geoid) und außerdem rotiert, so dass die Schwerkraft am Äquator durch die Fliehkraft etwas abgeschwächt wird. An den Erdpolen entfällt der Einfluss der Fliehkraft dagegen. Durch die Summe beider Effekte ist auf der Erdoberfläche die Anziehung am Pol um ca. 0,5 % größer als am Äquator. Man spricht hier auch von der Schwereabplattung der Erde. Ein Mensch, der am Äquator ein Gewicht von 80,0 kg hat, wiegt an den Erdpolen 80,424 kg.
Weiterhin weist das Schwerefeld noch weitere globale, regionale und lokale Unregelmäßigkeiten auf, da die Masse sowohl in der Erdkruste (Gebirge, Kontinentalplatten) als auch tiefer (in Erdmantel und Kern) nicht gleichmäßig verteilt ist. Diese zusätzlichen Abweichungen wirken sich auf den Betrag der Schwerkraft mit bis zu 0,01% aus, die Lotrichtung weicht bis zu 0,01° von der Richtung zum Erdmittelpunkt ab.
Das z.B. durch Satellitengeodäsie bestimmte Geoid weicht vertikal bis zu 100 Meter von der Ellipsoidform ab.
Mit diesen Schwankungen der Schwerkraft auf der Erdoberfläche befassen sich die Artikel Erdschwerebeschleunigung, Schwerkraftanomalie und Schweregradient genauer.
Im Erdinneren
Im Inneren der Erde nimmt das Schwerefeld mit dem Abstand vom Erdmittelpunkt annähernd linear zu. Am Erdmittelpunkt selbst ist das Schwerefeld Null, es herrscht Schwerelosigkeit. Könnte man einen Tunnel durch die Erde hindurch bohren, Reibungsverluste ausschalten und dem Einfluss der Corioliskraft entgegenwirken, würde ein in diesen Schacht hineinfallender Gegenstand im freien Fall in rund 42 Minuten bis zum anderen Ende hindurchfallen.
Außerhalb der Erde
Außerhalb der Erde nimmt die Schwerkraft proportional zum Quadrat des Abstandes vom Erdmittelpunkt ab. Das Erdschwerefeld ist somit (wie das Schwerefeld jedes Himmelskörpers) prinzipiell unbegrenzt, wird aber mit wachsender Entfernung schnell schwächer.
Im Weltraum überlagern sich die Schwerefelder sämtlicher Himmelskörper. Auf der Strecke zwischen Erde und Mond heben sich an einem bestimmten Punkt das Schwerefeld der Erde und das des Mondes gegenseitig auf. Etwas näher zur Erde befindet sich ein Punkt, an dem die Schwerefelder auch die Zentripetalkaft aufheben, dieser ist einer der Lagrange-Punkte des Systems Erde-Mond. Geht man über diesen Punkt hinaus (in Richtung des Mondes), überwiegt die Anzeihungskraft des Mondes.
Nur im Nahbereich eines schweren Himmelskörpers kann der Einfluss der anderen Himmelskörper in der Praxis vernachlässigt werden, da er dann sehr gering ist - der Einfluss des nahen Körpers ist dominierend.
Im näheren Weltraum um die Erde herum (z.B. im Bereich der Umlaufbahnen der Erdsatelliten) ist das Schwerefeld nur annähernd kugelförmig. Die Abweichungen in Betrag und Richtung liegen im Promille-Bereich und beeinflussen erdnaher Satellitenbahnen auf einige Kilometer bzw. Zehntelgrad.
Siehe auch
Literatur
- Christoph Reigber, Peter Schwintzer: Das Schwerefeld der Erde. Physik in unserer Zeit 34(5), S. 206 - 212 (2003), ISSN 0031-9252
Weblinks
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