Ist Schwerkraft eine Kraft und wenn ja, was ist ihr Gegenteil?

Wie viele andere sagten, verspürt die Sonne die gleiche Kraft gegenüber der Erde wie die Erde gegenüber der Sonne. Das ist deine gleiche und entgegengesetzte Kraft. In der Praxis können die "sichtbaren" Wirkungen einer Kraft jedoch durch das erste Newtonsche Gesetz abgeleitet werden, dh${\bf F} = m{\bf a}$. Mit anderen Worten, Sie müssen die Kraft durch die Masse des Körpers dividieren, um die Nettowirkung auf den Körper selbst zu bestimmen.

So:

${\bf F_s} = {\bf F_e}$

${\bf F_s} = m_s {\bf a_s}$

${\bf F_e} = m_e {\bf a_e}$

deshalb,

$m_s {\bf a_s} = m_e {\bf a_e}$

und

${\bf a_s} = {\bf a_s} \frac{m_e}{m_s}$

Jetzt ist der letzte Begriff$3 \cdot 10^{-6}$! Das bedeutet, dass die Kraft, die die Erde auf die Sonne ausübt, der Sonne im Grunde nichts tut.

Eine andere Möglichkeit, dies zu sehen:

$F = \frac{G m_s m_e}{r^2}$

$a_s = \frac{F}{m_s} = \frac{G m_e}{r^2}$

$a_e = \frac{F}{m_e} = \frac{G m_s}{r^2}$

$\frac{a_s}{a_e} = \frac{m_e}{m_s} = 3 \cdot 10^{-6}$

Wieder der gleiche große Unterschied in der Wirkung.

Was die Zentripetalkraft betrifft, so ist es immer noch die gleiche Kraft. Die Schwerkraft sorgt für eine Zentripetalkraft, die die Erde in der Umlaufbahn hält.

Notiz

Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass die Masse, die als Ladung für die Schwerkraft wirkt, bekannt als schwere Masse , a priori nicht die gleiche Masse ist, die im Newtonschen Gesetz erscheint, bekannt als träge Masse . Andererseits ist es eine Tatsache, dass sie den gleichen Wert haben, und als solches können wir ein einziges Symbol verwenden$m$, statt zwei,$m_i$und$m_g$. Dies ist eine zugrunde liegende, unausgesprochene Annahme in der obigen Ableitung. Dies ist als schwaches Äquivalenzprinzip bekannt .

Das Gegenteil ist, dass die Erde die Sonne mit genau der gleichen Kraft anzieht!
Wenn Sie kleiner denken, zieht Sie die Erde an, und Sie ziehen die Erde mit Kräften an, die in Größe und Richtung gleich sind, aber entgegengesetzten Sinn haben. Natürlich wird dieselbe Kraft nach Newtons zweitem Gesetz eine viel größere Wirkung auf Sie haben als auf die Erde. Gleiches gilt für die Kombination Erde+Sonne!

Die Erde fühlt eine Kraft zur Sonne. Die Sonne fühlt eine „gleiche und entgegengesetzte“ Kraft zur Erde. Tatsächlich dreht sich die Erde nicht um die Sonne; Stattdessen kreisen die Sonne und die Erde (wenn Sie nur diese beiden Körper betrachten) um ihren Massenmittelpunkt.

Sonne und Erde interagieren durch die Schwerkraft. Die Sonne übt eine Gravitationskraft auf die Erde aus und ... Die Erde übt eine gleiche und entgegengesetzte Kraft auf die Sonne aus (oder ist es das Gegenteil?).

Entgegengesetzt bedeutet hier nicht "Sci-Fi-Antigravitationskraft abstoßende Objekte", sondern entgegengesetzt wie in "Vektor mit entgegengesetzter Richtung und gleicher Größe".

Die Zentrifugalkraft ist keine Kraft, sondern eine Pseudokraft, die eingeführt wird, weil das Bezugssystem nicht träge ist. In dem Referenzrahmen, in dem Sie die Zentrifugalkraft einführen müssen, ist die "Gegenreaktion" die Zentripedalkraft selbst.

Um das Erde-um-die-Sonne-Problem zu lösen, bedenken Sie zunächst, dass die Sonne eine unendliche Masse und somit bewegungslos ist. Die Sonne übt eine Kraft auf die Erde aus, und in einem bestimmten Bezugsrahmen muss eine zusätzliche Pseudokraft eingeführt werden.

Bearbeiten:

Das von der Erde "erzeugte" Gravitationsfeld ist schwächer, aber die Kräfte sind (in der Größenordnung) gleich.

$E_{earth} = \frac{G m_{earth}}{r^2}$

$E_{sun} = \frac{G m_{sun}}{r^2}$

$F = E_{earth} * m_{sun} = E_{sun} * m_{earth}$

Noch eine Bearbeitung:

In Anbetracht des Titels Ihrer Frage "ist die Schwerkraft eine Kraft": Die Schwerkraft ist eine der vier grundlegenden Wechselwirkungen der Natur (starke und schwache Wechselwirkungen sowie Elektromagnetismus). Es gibt keine vollständige Behandlung dieser Wechselwirkung auf Quantenebene, also ist die Gravitation aus klassischer Sicht eine Kraft, die mit einem konservativen [Gravitations-] Feld usw. verbunden ist.

Das Mantra «Schwerkraft ist keine Kraft»

Gravitation ist gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie (oder zumindest gemäß Einsteinianischer Interpretation von GenRel) keine Kraft. Dies scheint Einsteins Standpunkt gewesen zu sein. Die anderen Antworten sind auch richtig: innerhalb eines Newtonschen Rahmens. Aber selbst einige Physiker fanden Newtons grundlegende Ansichten zur Kraft immer verwirrend, und viele sehen GenRel als aufgeklärt an. Ich bin selbst ein Wikipedia-Redakteur, daher weiß ich, wie wenig man ihm bei Themen vertrauen kann, die die Leute wirklich interessieren, aber hier ist eine Referenz, und ich dachte, dieses Mantra sei nicht umstritten ... von Hayeks Anhänger-Enzyklopädie

Kraft ist ein klassischer Begriff

«Der klassischen Mechanik liegt die Vorstellung zugrunde, dass die Bewegung eines Körpers als eine Kombination aus freier (oder Trägheits-)Bewegung und Abweichungen von dieser freien Bewegung beschrieben werden kann. Solche Abweichungen werden durch äußere Kräfte verursacht, die gemäß dem zweiten Newtonschen Bewegungsgesetz auf einen Körper einwirken.» Es geht darum, einen physikalischen Kraftbegriff zu haben, nicht nur ein mathematisches Konstrukt.

Gegensatz zur Allgemeinen Relativitätstheorie

«es gibt keine gravitationskraft, die objekte von ihrer natürlichen, geraden bahn ablenkt. Stattdessen entspricht die Schwerkraft Änderungen in den Eigenschaften von Raum und Zeit, was wiederum die möglichst geraden Bahnen verändert, denen Objekte von Natur aus folgen werden.» Alles Physische sollte eine kovariante mathematische Formulierung haben ... mathematische Formulierungen, die nicht kovariant sind, sind nicht physikalisch. Alles sind Wellen und eine lokale Feldtheorie. Man muss also nicht nach der Gegenkraft suchen...

Zusammenfassend

Alle vorherigen Antworten sind auch richtig, vom Newtonschen Standpunkt aus, der davon ausgeht, dass die Schwerkraft eine Kraft ist, und daraus ableitet, was vor sich gehen muss, wenn es sich um eine Kraft handelt. Und für viele praktische Zwecke sind solche Analysen praktisch. Aber wenn Sie Ihre Frage sehr wörtlich lesen, fragen Sie, ob die Schwerkraft eine Kraft ist, und technisch gesehen lautet die Antwort nein.

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Verweise als Quellcode dieses Forums

Wenn etwas nicht kontrovers ist, wie die Kettenregel, sind Verweise nicht erforderlich. Aber wenn etwas kontrovers oder originell ist, ist es an der Zeit, die Referenzen aufzuzeigen. Dank Ron sehe ich inzwischen, dass dieses Standard-Mantra von einigen Leuten kontrovers diskutiert wird, also habe ich Referenzen bereitgestellt. Und hier ist ein Hinweis auf die Idee, Referenzen für Metadiskussionen über den Stack-Austausch bereitzustellen

Nur eine Einschränkung, die in den obigen Antworten ausgelassen wird:

Das dritte Newtonsche Gesetz gilt nur annähernd. Wenn ein System strahlt (entweder elektromagnetisch oder gravitativ), dann kann sich der Nettoimpuls des Systems ändern, und das werden Sie feststellen$F_{12}\neq F_{21}$wenn die Strahlung nicht in alle Richtungen gleichmäßig ist. Der Grund dafür ist einfach genug: Strahlung trägt Energie und Impuls vom System weg.

Für die Erde und die Sonne spielt das eigentlich keine Rolle, weil die Gravitationsstrahlung des Systems so nahe bei Null liegt, dass wir nicht einmal wüssten, wie wir anfangen sollten, nach dem Effekt zu suchen.

Aber für Dinge wie kollidierende Schwarze Löcher kann der Effekt sehr bedeutsam werden. Zwei umlaufende Schwarze Löcher mit einer Massenmittelpunktsgeschwindigkeit von Null können am Ende mehr als die Fluchtgeschwindigkeit haben, die zum Beispiel erforderlich ist, um das Zentrum der Galaxie zu verlassen.

Wenn Sie ein Zwei-Körper-Problem untersuchen, das ziemlich kompliziert erscheinen mag (aus dem Grund, dass zwei verschiedene Probleme miteinander verflochten sind: die Kenntnis der relativen Position der beiden Körper, bestimmen Sie die Kraft, die auf jeden von ihnen wirkt; die Kenntnis der Kräfte bestimmt die relative Position nach einiger Zeit), ist alles klar, wenn Sie die folgende Standard-Koordinatenänderung vornehmen: Definieren Sie den Positionsvektor des Massenschwerpunkts

und dem relativen Positionsvektor

Diese Koordinatenänderung ist invertierbar:

Nun, das Zauberhafte an dieser Koordinatenänderung ist, dass sich fast jede signifikante Größe in zwei Terme aufspaltet, zum Beispiel können Sie überprüfen, ob die gesamte kinetische Energie ist$T=T_{CM}+T_0$, wobei der erste Term die im Schwerpunkt berechnete kinetische Energie und der zweite die kinetische Energie eines fiktiven Teilchens ist, das sich mit dem Schwerpunkt und der Masse bewegt$m=m_1+m_2$. Die kinetische Energie in der$CM$ist:

wo$\mu=m_1m_2/m$ist die reduzierte Masse und kleiner als beide Massen. Wenn$m_2>>m_1$, zur ersten Bestellung,$\mu=m_1(1-m_1/m_2)$.

Der Lagrangian des Systems ist:

Wenn Sie die Bewegungsgleichungen aufschreiben, können Sie sehen, dass die$CM$bewegt sich mit gleichförmiger Geschwindigkeit, während die zweite Gleichung die eines fiktiven Teilchens ist$\mu$in einem zentralen Kraftfeld. Im Fall, dass sich die Erde um die Sonne dreht, bewegen sich beide in einer Ellipse um das Gemeinsame$CM$und seit dem$CM$ist ein gewichteter Mittelwert der Position der Körper und da die Masse der Sonne eine Million Mal größer ist als die der Erde, können wir ungefähr sagen, dass die Sonne statisch ist und sich die Erde um sie dreht. Dennoch sind die Kräfte, die aufgrund der Sonne auf die Erde und aufgrund der Erde auf die Sonne wirken, immer noch gleich und entgegengesetzt, also gibt es doch kein Paradoxon.

Ist die Schwerkraft eine Fernkraft? Diese Idee klang sogar für Newton selbst unwahrscheinlich. Tatsächlich ist das Feldkonzept viel zufriedenstellender und macht die Notwendigkeit augenblicklicher Wechselwirkungen obsolet. Mit GR wird die Schwerkraft zu einem ganz lokalen, geometrischen Effekt.