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THEMA: Überlegungen zur Gravitation

Überlegungen zur Gravitation 18 Nov 2016 19:11 #9702

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Angenommen Wir können ein meterdickes Pipeline Rohr von Nordpol zum Südpol mittendurch Erdmittelpunkt (oder auch Erdschwerpunkt) realisieren, welcher auch Druck und hitzeunempfindlich ist und im Rohrinneren vollständiges Vakuum herscht. Nun werfen wir in Nordpol Eingang, 1 Kg schweres Stahlkugel hinein.

Frage 1.
Nehmen wir an wir können zu jeder Zeit und Phase das Gewicht unseres Stahlkugels mit einer Federwaage nachwiegen, Ändert sich das Gewicht des Stahlkugels bei Annäherung zur Erdmittelpunkt, durch das "vakuumisierte Pipeline Rohr",zu irgendeiner Zeit oder Phase, während dem Fall der Stahlkugel von Nordpol zur Südpol? (Gewicht ohne Beschleunigung und Fliehkraft. das Standgewicht in Ruheposition).

Frage 2. Was passiert mit der Stahlkugel?
Antwort 1. Er fällt, wird immer leichter bis zum Erdmittelpunkt und bleibt in Erdschwerpunkt stehen.
Antwort 2. Er pendelt Zwischen Nord und Südpol hin und her , verliert dabei seine Energie um ingendwann im Erdmittelpunkt stehenzubleiben.

Ich glaube bei Frage 2 eher an das Antwort 2. als richtige Atwort.
Da Gravitation nach Einstein, eine "geometrische" Kraft dastellt ist der Erdmittelpunkt (Erdschwerpunkt) sozusagen der Boden der berühmten Gravitations Delle auf dem elastischen Stoff wo grafisch dargestellt wird, wenn es um die Erklärung der Gravitation durch Raumkrümmung geht. Dabei bleibt es gleich ob der Stahlkugel vom Nord oder Südpol Richtung Erdmittepunkt hineingeworfen wird.

Wäre Gravitation ähnlich wie ein Magnetfeld und kein geometrisches Merkmal so müsste sich das Gewicht der Stahlkugel während dem Fall, bei Annäherung zur Erdmittelpunkt (Erdschwerpunkt) geringer (leichter)werden, weil ein Grossteil der Erdmasse, nicht mehr vor dem Kugel sondern hinter dem Stahlkugel bleibt.

Falls Einstein Unrecht hätte, müsste ein Kilo Stahl gewogen in einer vakuumisierte Tauchkugel im tiefen Ozean in 10 000 m Tiefe, gewogen mir einer Federwaage, weniger wiegen als auf Erdoberfläche, da ein Grossteil der Erdmasse in 10 000 m Tiefe über dem Stahlkugel bleibt und nicht mehr auf das Gewicht der Stahlkugel einwirken würde.

Wer kann was dazu sagen?

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Überlegungen zur Gravitation 18 Nov 2016 19:20 #9703

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Sicher wird die Stahlkugel in 10 km Tiefe unter den von Dir beschriebenen Bedingungen Gewicht verlieren, moment mal: Die Gravitation der Erde wirkt dann nicht mehr mit 100 % auf die Stahlkugel, sondern von oben zieht die Gravitation der darüber liegenden Wassermenge entgegen der Erdanziehung nach unten.
Dazu kommt natürlich noch die Fliehkraft, welche näher dem Erdmittelpunkt wirkt abnimmt, das wirkt natürlich entgegen dem o. g. Prozess.
Soweit von mir, schöne Frage, danke!
Das mit der Röhre überlasse ich mal anderen.

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Überlegungen zur Gravitation 18 Nov 2016 19:31 #9704

Mit einer Federwaage misst man die Gewichtskraft, mit einer Balkenwaage die Masse.

Mit der Balkenwaage würden wir an jedem Ort (ungleich des Mittelpunkts) genau eine Masse von 1 kg messen. Mit der Federwaage würden wir eine zum Mittelpunkt hin stetig abnehmende Gewichtskraft messen. Am Mittelpunkt selbst wäre die Gewichtskraft 0 (die Erde komplett rotationssymmetrisch angenommen).

Bei Frage 2 nehme ich Antwort 3. Die lautet nämlich: Er pendelt zwischen Nord und Südpol hin und her, ohne dabei Energie zu verlieren. Wenn es sich um ein ideales Vakuum handelt und die Kugel nicht mit dem Rand kollidiert, gibt es keine Reibung und daher keinen Energieverlust.

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Überlegungen zur Gravitation 18 Nov 2016 20:03 #9706

Lieber ClausS,
gerade lese ich diese präzise Antwort und wollte die Gelegenheit ergreifen, mich im Namen aller Teilnehmer hier im Forum für Deine Beiträge zu bedanken. Die Argumentation ist stets klar, fundiert, kompetent und frei von emotionalen Scharmützeln... Danke!

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Überlegungen zur Gravitation 18 Nov 2016 20:31 #9707

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Danke für die kompotente Antwort. Ich als Phisikerlaie bin schönes Stück klüger geworden!
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Überlegungen zur Gravitation 18 Nov 2016 21:07 #9708

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Hallo,

ich bin da anderer Meinung.
Das größte Potenzial ist auf der Erdkruste.9,81. Im Mittelpunkt der Erde löschen sich die Gravitationskräfte auf Null.

Wäre es anders und die Gravitation wäre im Erdmittelpunkt am größten, so würde es wie ein Pendel funktionieren.

Aber es funktioniert nicht so. Man braucht erst einmal genügend Geschwindigkeit, um Überhaupt den Mittelpunkt zu erreichen. Danach wandert die Masse an die Erdkruste.
So wurde es auch demletzt im Fernsehen gezeigt.

Gruß 1234
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Überlegungen zur Gravitation 18 Nov 2016 21:16 #9709

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Hallo 1234
Die genannten Bedingungen (luftleere Röhre ohne Reibung von Pol zu Pol) bewirkt anfangs mit der Fallgeschw. 9,81 m s quadrat. Die Kugel fällt mit dieser Geschw.
Was sollte sie bis zum Erdmittelpunkt abbremsen? Trägheit der Masse, luftleerer Raum. Im Mittelpkt Beschleunigung : 0 m s quadrat. Aber es bremst in diesem Moment nichts. Erst wenn sie wieder nach "oben" kommt wirkt die Gravit. entgegengesetzt ohne Reibung usw eben bis zum Pol "oben" und dann beginnt das Spiel von vorne. Die Geschwindigkeit nimmt bis zum Erdmittelpkt nicht ab. Erst wenn sie den passiert hat, dann wird gebremst.
Gruss Ralf

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Überlegungen zur Gravitation 18 Nov 2016 21:41 #9711

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Hallo Ralf,

stelle Dir das vor wie ein Magnet. Die Anziehung ist auf der Erdkruste am größten.

Bei zur geringen Geschwindigkeit wird es zur Oberfläche gezogen, bevor es den Erdmittelpunkt erreicht.

Was anderes. Bei einem Nebel, der einen Stern erzeugt wird das Gas zu einem Stern verdichtet. Ist der Gashaufen zu groß, wird am linken und rechten Rand eine 2 und 3 Sonne erzeugt. Die lokale Gruppe eben. Das gilt auch bei der Erde. Stelle Dir vor, wir unterteilen die Erde in lauter Kegel, die vom Erdmittelpunkt zu Rand hin ausgerichtet sind. Isoliere den Kegel. Was passiert mit einer Masse , die wir in den Kegel fallen lassen. Er wird zum Gravitationspotenzial gezogen.

Gruß 1234

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Überlegungen zur Gravitation 18 Nov 2016 21:44 #9712

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Warum haben sich die schweren Elemente wie zb Eisen im Erdmittelpkt gesammelt?
Ich denke noch über die Frage nach- danke Dir!

Gruss Ralf

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Überlegungen zur Gravitation 19 Nov 2016 11:50 #9718

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Lieber Claus S, als Laienpysiker möchte ich mich zwar nicht zu sehr auf dem Fenster lehnen und um jeden Preis rechthaberisch sein jedoch habe ich Im nachhinein folgende Einwände gegen deine Lösung 3. Der Unterschied zwischen Balken und Federwaage leuchtet ein. Eine Feder ist auf Dehnung auf der Erdoberfläche geeicht, im Gegensatz zu einer Balkenwaage wo das Gegengewicht der Balkenwaage je nach Entfernung zum Gravitationsschwerpunkt sozusagen gleichzeitig mit unserem Stahlkugel Gewicht verliert deswegen auch auf der Balkenwaage im Gegensatz zu Federwaage kein Gewichtsverlust festzustellen ist.

Trotzdem; Auch wenn wir in der Vakuumröhre keine seitlichen Reibungverluste haben weil unser Stahlkugel reibungslos durch das Rohr fällt bis zum Gravitationsschwerpunkt der Erde, kann man davon ausgehen, dass Wechselwirkungen in der Vakuumröhre zwischen Stahlkugel und Neutrinos Z.B. stattfinden. Wenn Neutrinos in Wassertanks mit Materie wechselwirken, warum nicht mit Stahlkugel, wenn auch in geringerem Mass. Ausserdem könnte es Wechselwirkung mit kurz existierenden Teilchen der Quantenfluktration im Vakuumröhre.(Casimir Effect, die dabei auftretende Wechelwirkung zwischen der beiden Platten und Vakuumfluktration). Da die kurz existierenden Quantenteilchen im Vakuumröhre, wenn sie auch nur eine geringe Masse besitzen, kann mann von einer wenn auch geringen Wechselwirkung ausgehen. Diese Wechselwirkungen würden Die Kugel wenn auch langsam, abbremsen so das die Stahlkugen in einer endlichen Zeitspanne in seiner Pendelbewegung, irgendwann zwischen Nord und Südpol, genau auf dem Gravitationsmittelpunkt der Erde, zum Stillstand kommen würde. Also am Ende doch Lösung 2
In diesem Zusammenhang würde mich auch die Meinung von Herrn Gaßner interessieren, der sich früh auf die Seite von Herrn Claus S geschlagen hat.

Ich frage mich; Ob man nicht behaubten darf, dass während des freien Fall des Stahlkugels, Die Kugel weder Gewicht noch Masse besitzt. In der Phase des Freien Falls der Stahlkugel zwischen Norpol und Gravitationsmittelpunkt der Erde ist die einzige Wechselwirkung zwischen Gravitationsfeldern oder Gravitonen dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlkugel mit Energie (Fliehkraft) aufgeladen wird, welche sich inder weiteren Fallphase (Bzw. in der Entfernungsphase) von Gravitationsmittelpunkt zum Südpol wieder die aufgestaute Fliehkraft wieder entlädt, um wieder im umgekehrten freien Fall Richtung Nordpol weiterzufallen und sich mit Energie in Form von Fliehkraft zu beladen. Dadurch kommt diese meiner Ansicht nach eine "endliche" Pendelbewegung zwischen beiden Polen, zustande.

Ausserdem wäre die Annahme einer unendlich andauernden Pendelbewegung zwischen beiden Polen ohne Energieverlust, eine (zumindest theoretische Möglichkeit einer) Perpedo Mobile, was auch ziemlich unwahrscheintlich klingt.

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Überlegungen zur Gravitation 19 Nov 2016 13:31 #9720

Welche Wechselwirkungen sind möglich?

Die stärkste dürfte die elektomagnetische WW sein. Hier fällt mir als WW-Quelle in erster Linie das Erdmagnetfeld ein. Ob und wie stark die Stahlkugel mit dem Erdmagnetfeld wechselwirkt, hängt von dem verwendeten Stahl und der Temperatur der Stahlkugel ab (die wiederum auch von der verwendeten Wand abhängt). Gäbe es hier eine stärkere Wechselwirkung, könnte dies die Kugel tatsächlich ganz allmählich beeinflussen - und damit langsam abbremsen. Auch ein Streifen an der Wand wäre möglich.

Die übrigen Wechselwirkungen (mit Neutrinos oder mit temporär existierenden Quantenteilchen) sind so schwach, dass ich mir nicht vorstellen kann, dass diese bis zur Zerstörung der Erde durch die Sonne in 4-5 Milliarden Jahren einen nennenswerten Effekt auf die Kugel haben würden.


Nachtrag: Eine reibungsfreie Bewegung ist nach meinem Verständnis noch kein Perpetuum mobile. Sonst wäre etwa ein Neutrino, das Milliarden Jahre wechselwirkungsfrei durch das Universum fliegt, ein Perpetuum mobile. Siehe: de.wikipedia.org/wiki/Perpetuum_mobile

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Überlegungen zur Gravitation 19 Nov 2016 15:56 #9724

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Ausserdem war die Fragestellung eine hypothetische. Ich bin auch davon ausgegangen, dass die Wirkung der Gravitation als solches demonstriert werden sollte.
Alle anderen winzig wirkenden Faktoren haben sicher einen Einfluss, der aber auf diese Fragestellung unerheblich sein sollte. Ein interessantes Gedankenspiel.
Man könnte sonst noch die allerletzten Faktoren einspielen lassen. Diese da wären: Bewegung des Sonnensystems im Gravitationsfeld unserer Milchstraße, Hintergrundstrahlung des Urknalls, Bewegung unserer Galaxiengruppe usw. Alles Faktoren, welche sich gravitativ auf die hypothetische Kugel auswirken.

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Überlegungen zur Gravitation 19 Nov 2016 17:04 #9727

ClausS schrieb: Mit der Balkenwaage würden wir an jedem Ort (ungleich des Mittelpunkts) genau eine Masse von 1 kg messen.

Sehr schöne Antwort indem du den Mittelpunkt als "Singularität" bezüglich der Meßmethode herausstellst ;)

Gruß
Merilix

Nachtrag:
Ralf und 1234, ihr nähert euch der Lösung von zwei verschiedenen Seiten, meint aber das gleiche. Klar, Gewichtskraft nimmt wie ClausS schon schrieb stetig ab aber die Geschwindigkeit nimmt zu so dass die Kugel durch den Mittelpunkt durchpendelt.

Fliehkraft spielt bei einer Röhre entlang der Rotationsachse keine Rolle, die Erde dreht sich um die fallende Kugel herum genauso wie sie sich um das Foucaultsche Pendel dreht. Minimaleffekte wie Reibung an Neutrinos sind auch zu vernachlässigen.

Interessant wird es wenn man die Fragestellung auf eine Röhren zwischen zwei Punkten auf dem Äquator oder gar zwischen Berlin und Montagu Island ausdehnt. ;)

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Überlegungen zur Gravitation 19 Nov 2016 18:07 #9736

Ralf schrieb: Warum haben sich die schweren Elemente wie zb Eisen im Erdmittelpkt gesammelt?
Ich denke noch über die Frage nach- danke Dir!

Gruss Ralf


Du siehst ein Paradox zur abnehmenden Gewichtskraft?
Die nimmt auch für leichtere Materialien ab. Silikatgesteine sind auch nahe dem Erdmittelpunkt leichter als Eisen.

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Überlegungen zur Gravitation 19 Nov 2016 18:19 #9737

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Nein, ich sehe kein Paradoxon zur abnehmenden Gewichtskraft.
In einer glutflüssigen Masse sammelt sich das Schwere unten und das leichtere bleibt oben. Was natürlich noch wirkt, ist die Konvektion, welche im Erdinneren wirkt und damit diesen Effekt wieder verwirbelt. Dann können schwerere Elemente nach oben kommen und leichtere kommen nach unten.
Dass sich im Zentrum eines Gravitationsfeldes der größte Teil der Masse konzentriert, ist ein Grund dafür, dass sich aus Gasnebeln im All Sonnen bilden können. Als Beispiel.

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Letzte Änderung: von Ralf. (Notfallmeldung) an den Administrator

Überlegungen zur Gravitation 20 Nov 2016 12:48 #9762

Großartig! :lol:
Wenn wir schon dabei sind, möchte ich noch hinzufügen, dass wir die Verschiebung der Erdachse und die Wechselwirkung mit der Gravitation des Mondes nicht vergessen dürfen.

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Überlegungen zur Gravitation 20 Nov 2016 13:47 #9764

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Und in diesem Zusammenhang fällt mir der Vergleich ein, der einst H.P. Dürr angeführt hat. Ein Pendel, welches sich am oberen Totpunkt befindet, absolut in der Mitte und wir möchten berechnen, auf welche Seite es fallen wird. Wenn wir die örtlichen Parameter alle einrechnen, dann kann man eine Aussage machen, welche aber wiederum dadurch beeinflusst wird, wenn in Hamburg ein Schiff in den Hafen einläuft, oder in der Andromeda Galaxie eine Supernovae explodiert usw. Also soll heißen in einem unbestimmten Zustand (Pendel oben Mitte), müsste man alle wohlgemerkt alle Parameter des Universums einrechnen, um eine Aussage zu machen, in welche Richtung das Pendel fällt. Auch die QM Vorgänge.

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Überlegungen zur Gravitation 20 Nov 2016 15:31 #9765

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Hallo an alle,

warum ist den in der Sonne Wasserstoff in der Mitte und fusioniert als erstes. Danach fängt das Schalenbrennen der schwereren Elemente an. Die ja bekanntlich in den äußeren Schalen brennen?


Gruß 1234

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Überlegungen zur Gravitation 20 Nov 2016 15:54 #9766

1234 schrieb: warum ist den in der Sonne Wasserstoff in der Mitte und fusioniert als erstes.


Gute Frage. Zu Beginn besteht die Sonne aus 3/4 Wasserstoff und 1/4 Helium. Diese sind vollständig ionisiert, es handelt sich um ein Plasma. Der Wasserstoff fusioniert deshalb als erstes, weil er bei der geringsten Temperatur und dem geringsten Druck mit der Fusion beginnt.

Von der Materieverteilung in einem Plasma weiß ich nichts definitives. Warum besteht das Zentrum nicht aus dem schwereren Helium? Zwei Erklärungsansätze halte ich für denkbar:

1) In einem Gas sind die schwereren Atome auch nicht alle unten und die leichteren oben (zwar bevorzugt, es bleiben aber noch genügend übrig).

2) In einem Plasma wirkt neben der Schwerkraft ja auch die elektromagnetische Kraft. Möglicherweise ist die stärkere Abstoßung der zweifach positiv geladenen Helium-Kerne ein Grund, warum auch genügend Wasserstoff im Kern ist.


1234 schrieb: Danach fängt das Schalenbrennen der schwereren Elemente an. Die ja bekanntlich in den äußeren Schalen brennen?


Dies ist so nicht richtig. Jede Fusionsreaktion (aus Wasserstoff, Helium, Kohlenstoff, Sauerstoff, ...) fängt zunächst im Zentrum an. Erst wenn dieses für diese Fusion ausgebrannt ist, beginnt diese Fusion ihr Schalenbrennen. Hierbei brennen die leichteren Kerne stets weiter außen (Zwiebelschalenprinzip).

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Überlegungen zur Gravitation 20 Nov 2016 15:59 #9767

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An ClausS
Ausser Erdmagnetfeld wirkt Gravitation des Mondes und die übrigen aufgezählten Einflüsse welche die Pendelbewegung nach menschlichem Ermessen in langen Zeitspannen abbremsen, so das nach endlicher Zeitspanne durchaus die Pendelstrecke kürzer wird auf keinen Fall unendlich und ohne Energieverlust wie eine Perpetuum Mobile weiterpendelt.
Die Definition der perpeduum mobile nach Wiki; Sich ständig bewegendes‘, Mehrzahl Perpetua mobilia) ist ein hypothetisches Gerät, das – einmal in Gang gesetzt – ohne weitere Energiezufuhr ewig in Bewegung bleibt und dabei – je nach zugrundegelegter Definition – möglicherweise auch noch Arbeit verrichtet. Wenn das „Perpetuum mobile“ Nutzenergie bereitstellen soll, ohne dass von außen Energie zugeführt wird, widerspricht das dem Energieerhaltungssatz. Bei makroskopischen Geräten auf der Erde verhindern unvermeidbare Energieabgaben (beispielsweise durch Reibung) auch schon ohne Nutzenergie-Entnahme einen ewigen Dauerbetrieb ohne Energiezufuhr.

Ich meine,Neutrinos, Photonen, elektromagnetische Strahlung die unermüdlich mit Lichtgeschwingigkeit durch Vakuum reisen sind Naturphänomene, deswegen können sie nicht mit perpetuum mobile verglichen werden. Dagegen verträgt unsere hypotetische Rohr Konstruktion schon eher einen Vergleich mit perpetuum mobile, weil es sich hier um menschengeschaffenes "Gerät" handelt, sozusagen eine technische Erfindung darstellt. Hier wäre ein Vergleich mit perpetuum mobile gerechtfertigt aber nur wenn die Pendelbewegung unendlich weitergehen würde, was nicht der Fall ist. Es mag stimmen das bis zum nächsten Weltuntergang in 4,5 Milliarden Jahren durch die verschiedenen Wechselwirkungen unseren Stahlkugel zeitmäßig nicht gelingt im Gravitationsmittelpunkt vollständig zum Stillstand zu kommen, jedoch bin ich der Meinung das nach einer absehbaren Zeitabstand eine Verkürzung der Pendelstrecke zwischen den beiden Polen, deutlich messbar wäre. (Wenn man bedenkt wie sehr die Messgenauigkeiten in letzten Jahren verfeinert geworden sind. Zum Beispiel Messung und Nachweis der Gravitationswellen.)

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Überlegungen zur Gravitation 20 Nov 2016 16:05 #9769

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Vielen Dank Claus

Und meine Frage hierzu wäre noch:
Muss man nukleare Vorgänge in einem Stern und die viel "kälteren" Vorgänge in einem Planeten wie der Erde nicht grundsätzlich anders ansehen?
Also ich meine damit, dass bei Kernverschmelzungsprozessen ganz andere Verteilungen der Wärmeentwicklungen und Energien vorherrschen als in einem Planeten.
Also ist damit die Wechselwirkung von Gravitation und Energieerzeugung in einem Stern ganz anders zu beurteilen als die in einem Planeten, wo Wärme allenfalls durch Reibungskräfte und aber auch Kernspaltungsprozessen entwickelt wird?

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Überlegungen zur Gravitation 21 Nov 2016 20:56 #9804

Die Hauptunterschiede zwischen den nuklearen Vorgängen in einem Stern und den viel "kälteren" Vorgängen in einem Planeten wie der Erde sind eben das Auftreten von Kernfusionsprozessen, vollständig ionsierte Teilchen (Plasma) gegenüber (zumindest weitgehend) neutralen Atomen und Molekülen. Aufgrund dessen unterscheiden sich die physikalischen Vorgänge deutlich.

Die Erde ist übrigens nur stabil, weil sie deutlich kleiner ist als die Sonne.

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Überlegungen zur Gravitation 21 Nov 2016 23:22 #9817

Ralf schrieb: Nein, ich sehe kein Paradoxon zur abnehmenden Gewichtskraft....

Entschuldigung, da habe ich deine Frage fälschlich als zweifelnd gedeutet :whistle:

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