Wie leite ich die Gravitationsfeldstärke g = 9,81 m/s² der Erde her?

Question

Wie leite ich die Gravitationsfeldstärke g = 9,81 m/s² der Erde her?

Antwort

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Accepted Answer

Die Gravitationsfeldstärke \( g \) an der Erdoberfläche kann aus dem Gravitationsgesetz hergeleitet werden. Das Gravitationsgesetz besagt, dass die Anziehungskraft \( F \) zwischen zwei Massen \( m_1 \) und \( m_2 \) durch die Gleichung \[ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} \] gegeben ist, wobei \( G \) die Gravitationskonstante (ungefähr \( 6,674 \times 10^{-11} \, \text{m}^3 \text{kg}^{-1} \text{s}^{-2} \)) und \( r \) der Abstand zwischen den Massen ist. Für die Erde ist \( m_1 \) die Masse der Erde \( M \) und \( m_2 \) die Masse eines Objekts \( m \) an der Erdoberfläche. Der Abstand \( r \) ist der Radius der Erde \( R \). Die Gewichtskraft \( F \) eines Objekts an der Erdoberfläche ist auch durch \( F = mg \) gegeben, wobei \( g \) die Gravitationsfeldstärke ist. Setze die beiden Ausdrücke für \( F \) gleich: \[ mg = G \frac{M m}{R^2} \] Teile beide Seiten durch \( m \): \[ g = G \frac{M}{R^2} \] Setze die bekannten Werte ein: - \( G \approx 6,674 \times 10^{-11} \, \text{m}^3 \text{kg}^{-1} \text{s}^{-2} \) - \( M \approx 5,972 \times 10^{24} \, \text{kg} \) - \( R \approx 6,371 \times 10^6 \, \text{m} \) Berechne \( g \): \[ g = 6,674 \times 10^{-11} \frac{5,972 \times 10^{24}}{(6,371 \times 10^6)^2} \] \[ g \approx 9,81 \, \text{m/s}^2 \] Das ist die Gravitationsfeldstärke an der Erdoberfläche.

Accepted Answer

Beim Knotenpotentialverfahren (auch Knotenpunktanalyse genannt) in der Elektrotechnik bedeutet ein „geerdeter Knoten“, dass das elektrische Potential dieses Knotens als Bezugspotential (Nu... [mehr]

Accepted Answer

Beim Knotenpotentialverfahren (auch Knotenpunktanalyse genannt) in der Elektrotechnik bedeutet ein „geerdeter Knoten“, dass das elektrische Potential dieses Knotens als Bezugspotential (Nullpotential) festgelegt wird. Das heißt, das Potential dieses Knotens wird auf 0 Volt gesetzt. Im Verfahren selbst werden dann die Potentiale aller anderen Knoten relativ zu diesem geerdeten Knoten berechnet. Dadurch reduziert sich die Anzahl der Unbekannten um eins, da das Potential des geerdeten Knotens bereits bekannt ist. Der geerdete Knoten wird auch als „Masseknoten“ oder „Bezugsknoten“ bezeichnet.

Accepted Answer

Ja, es gibt eine Formel für den Energieerhaltungssatz. Der Energieerhaltungssatz besagt, dass die Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System konstant bleibt. Die allgemeine Formel lautet: **E... [mehr]

Accepted Answer

Ja, es gibt eine Formel für den Energieerhaltungssatz. Der Energieerhaltungssatz besagt, dass die Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System konstant bleibt. Die allgemeine Formel lautet: **E_gesamt = konstant** Das bedeutet, dass die Summe aller Energieformen (z. B. kinetische Energie, potenzielle Energie, innere Energie) in einem abgeschlossenen System immer gleich bleibt. Für mechanische Energie (ohne Energieverluste, z. B. durch Reibung) gilt zum Beispiel: **E_kin + E_pot = konstant** wobei - **E_kin** die kinetische Energie ist: \( E_{kin} = \frac{1}{2} m v^2 \) - **E_pot** die potenzielle Energie ist: \( E_{pot} = m g h \) In Worten: Die Summe aus kinetischer und potenzieller Energie bleibt in einem abgeschlossenen System ohne äußere Einflüsse immer gleich. Mehr Informationen findest du z. B. bei [Wikipedia – Energieerhaltungssatz](https://de.wikipedia.org/wiki/Energieerhaltungssatz).

Accepted Answer

Die Leistung \( P \) berechnest du mit der Formel: \[ P = \frac{W}{t} \] Dabei ist \( W \) die verrichtete Arbeit und \( t \) die Zeit. Die Arbeit \( W \) beim Heben oder Bewegen gegen die Schwerkr... [mehr]

Accepted Answer

Die Leistung \( P \) berechnest du mit der Formel: \[ P = \frac{W}{t} \] Dabei ist \( W \) die verrichtete Arbeit und \( t \) die Zeit. Die Arbeit \( W \) beim Heben oder Bewegen gegen die Schwerkraft berechnest du mit: \[ W = F \cdot s \] Hierbei ist \( F \) die Kraft (bei Bewegung gegen die Schwerkraft: \( F = m \cdot g \)), \( s \) die Strecke, \( m \) die Masse und \( g \) die Erdbeschleunigung (\( \approx 9{,}81\,\text{m/s}^2 \)). Setzt du alles zusammen: \[ P = \frac{m \cdot g \cdot s}{t} \] Für deine Werte: - \( m = 74\,\text{kg} \) - \( s = 19\,\text{m} \) - \( t = 23\,\text{s} \) - \( g = 9{,}81\,\text{m/s}^2 \) Einsetzen: \[ P = \frac{74 \cdot 9{,}81 \cdot 19}{23} \] \[ P \approx \frac{13790,46}{23} \] \[ P \approx 599,58\,\text{Watt} \] **Formel:** \[ P = \frac{m \cdot g \cdot s}{t} \] **Ergebnis für deine Werte:** \[ P \approx 600\,\text{Watt} \]

Accepted Answer

Um die SI-Einheit aus der Formel \(\omega = \sqrt{\frac{g}{l}}\) zu ermitteln, gehst du wie folgt vor: 1. **Setze die SI-Einheiten für die Größen ein:** - \(g\) (Erdbeschleunigung)... [mehr]

Accepted Answer

Um die SI-Einheit aus der Formel \(\omega = \sqrt{\frac{g}{l}}\) zu ermitteln, gehst du wie folgt vor: 1. **Setze die SI-Einheiten für die Größen ein:** - \(g\) (Erdbeschleunigung): \([g] = \mathrm{m/s^2}\) - \(l\) (Länge): \([l] = \mathrm{m}\) 2. **Setze die Einheiten in den Bruch ein:** \[ \frac{g}{l} = \frac{\mathrm{m/s^2}}{\mathrm{m}} = \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s^2} \cdot \mathrm{m}} = \frac{1}{\mathrm{s^2}} \] 3. **Ziehe die Wurzel:** \[ \omega = \sqrt{\frac{1}{\mathrm{s^2}}} = \frac{1}{\mathrm{s}} \] **Ergebnis:** Die SI-Einheit von \(\omega\) (der Kreisfrequenz) ist \(\mathrm{s}^{-1}\) (1 pro Sekunde, auch "Hertz" genannt, wobei Hertz meist für die Frequenz \(f\) verwendet wird). **Zusammenfassung:** Die SI-Einheit von \(\omega\) aus der Formel \(\omega = \sqrt{\frac{g}{l}}\) ist \(\mathrm{s}^{-1}\).

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Gleichförmige Bewegung liegt vor, wenn ein Objekt mit konstanter Geschwindigkeit in eine Richtung bewegt wird. Das bedeutet, dass die zurückgelegte Strecke in gleichen Zeitintervallen gleich... [mehr]

Accepted Answer

Gleichförmige Bewegung liegt vor, wenn ein Objekt mit konstanter Geschwindigkeit in eine Richtung bewegt wird. Das bedeutet, dass die zurückgelegte Strecke in gleichen Zeitintervallen gleich ist. Ein Beispiel für gleichförmige Bewegung ist ein Auto, das mit konstanter Geschwindigkeit von 60 km/h auf einer geraden Straße fährt. Die Formel für die gleichförmige Bewegung lautet: \[ s = v \cdot t \] Dabei ist: - \( s \) die zurückgelegte Strecke (in Metern oder Kilometern), - \( v \) die konstante Geschwindigkeit (in m/s oder km/h), - \( t \) die Zeit (in Sekunden oder Stunden). Wenn du beispielsweise wissen möchtest, wie weit ein Auto fährt, das 60 km/h fährt, und das für 2 Stunden, kannst du die Formel wie folgt anwenden: \[ s = 60 \, \text{km/h} \cdot 2 \, \text{h} = 120 \, \text{km} \]

Accepted Answer

Die Ladung \( Q \) kann in verschiedenen Formeln vorkommen, abhängig vom Kontext. Eine grundlegende Formel zur Berechnung der elektrischen Ladung ist: \[ Q = I \cdot t \] Hierbei ist \( I \) de... [mehr]

Accepted Answer

Die Ladung \( Q \) kann in verschiedenen Formeln vorkommen, abhängig vom Kontext. Eine grundlegende Formel zur Berechnung der elektrischen Ladung ist: \[ Q = I \cdot t \] Hierbei ist \( I \) der elektrische Strom in Ampere (A) und \( t \) die Zeit in Sekunden (s), während der der Strom fließt. In der Elektrostatik kann die Ladung auch durch die Beziehung zur Spannung und Kapazität beschrieben werden: \[ Q = C \cdot U \] Dabei ist \( C \) die Kapazität in Farad (F) und \( U \) die Spannung in Volt (V).

Accepted Answer

Bei der Beschreibung von Bewegungen in der Physik unterscheidet man zwischen gleichmäßigen und beschleunigten Bewegungen. Hier sind die grundlegenden Formeln für beide: ### Gleichm&au... [mehr]

Accepted Answer

Bei der Beschreibung von Bewegungen in der Physik unterscheidet man zwischen gleichmäßigen und beschleunigten Bewegungen. Hier sind die grundlegenden Formeln für beide: ### Gleichmäßige Bewegung Bei einer gleichmäßigen Bewegung bewegt sich ein Objekt mit konstanter Geschwindigkeit. Die wichtigsten Formeln sind: 1. **Weg-Zeit-Gesetz**: \[ s = v \cdot t \] Dabei ist \(s\) der zurückgelegte Weg, \(v\) die konstante Geschwindigkeit und \(t\) die Zeit. ### Beschleunigte Bewegung Bei einer beschleunigten Bewegung ändert sich die Geschwindigkeit des Objekts. Die wichtigsten Formeln sind: 1. **Geschwindigkeit-Zeit-Gesetz**: \[ v = v_0 + a \cdot t \] Hierbei ist \(v\) die Endgeschwindigkeit, \(v_0\) die Anfangsgeschwindigkeit, \(a\) die Beschleunigung und \(t\) die Zeit. 2. **Weg-Zeit-Gesetz** (für gleichmäßig beschleunigte Bewegung): \[ s = v_0 \cdot t + \frac{1}{2} a \cdot t^2 \] Hier ist \(s\) der zurückgelegte Weg, \(v_0\) die Anfangsgeschwindigkeit, \(a\) die Beschleunigung und \(t\) die Zeit. 3. **Endgeschwindigkeit und Weg**: \[ v^2 = v_0^2 + 2a \cdot s \] Diese Formel verbindet die Endgeschwindigkeit, die Anfangsgeschwindigkeit, die Beschleunigung und den zurückgelegten Weg. Diese Formeln sind grundlegend für das Verständnis von Bewegungen in der klassischen Mechanik.

Accepted Answer

Bei gleichförmiger Bewegung bewegt sich ein Objekt mit konstanter Geschwindigkeit. Die grundlegenden Formeln zur Berechnung sind: 1. **Weg-Zeit-Gesetz**: \[ s = v \cdot t \] Dabei i... [mehr]

Accepted Answer

Bei gleichförmiger Bewegung bewegt sich ein Objekt mit konstanter Geschwindigkeit. Die grundlegenden Formeln zur Berechnung sind: 1. **Weg-Zeit-Gesetz**: \[ s = v \cdot t \] Dabei ist \(s\) der zurückgelegte Weg, \(v\) die konstante Geschwindigkeit und \(t\) die Zeit. 2. **Geschwindigkeit**: \[ v = \frac{s}{t} \] Hierbei ist \(v\) die Geschwindigkeit, \(s\) der zurückgelegte Weg und \(t\) die Zeit. 3. **Zeit**: \[ t = \frac{s}{v} \] In diesem Fall ist \(t\) die Zeit, \(s\) der Weg und \(v\) die Geschwindigkeit. Um die Bewegung zu analysieren, kannst du diese Formeln je nach gegebener Information verwenden.

Accepted Answer

Um bei der kinetischen Energie nach den einzelnen Werten aufzulösen, kannst du die Formel für die kinetische Energie verwenden: \[ E_k = \frac{1}{2} m v^2 \] Hierbei ist \( E_k \) die kine... [mehr]

Accepted Answer

Um bei der kinetischen Energie nach den einzelnen Werten aufzulösen, kannst du die Formel für die kinetische Energie verwenden: \[ E_k = \frac{1}{2} m v^2 \] Hierbei ist \( E_k \) die kinetische Energie, \( m \) die Masse und \( v \) die Geschwindigkeit. Je nachdem, nach welchem Wert du auflösen möchtest, gehst du wie folgt vor: 1. **Nach der Masse \( m \) auflösen:** \[ m = \frac{2 E_k}{v^2} \] 2. **Nach der Geschwindigkeit \( v \) auflösen:** \[ v = \sqrt{\frac{2 E_k}{m}} \] 3. **Nach der kinetischen Energie \( E_k \) auflösen:** \[ E_k = \frac{1}{2} m v^2 \] Durch Umstellen der Gleichung kannst du also die gewünschten Werte isoliert berechnen. Achte darauf, die Einheiten korrekt zu verwenden, um konsistente Ergebnisse zu erhalten.

Accepted Answer

Die Formel für die Höhenenergie (potentielle Energie) eines Körpers in einem Gravitationsfeld lautet: \[ E_p = m \cdot g \cdot h \] Dabei sind die einzelnen Bestandteile: - \( E_p \)... [mehr]

Accepted Answer

Die Formel für die Höhenenergie (potentielle Energie) eines Körpers in einem Gravitationsfeld lautet: \[ E_p = m \cdot g \cdot h \] Dabei sind die einzelnen Bestandteile: - \( E_p \): Höhenenergie (potentielle Energie) - \( m \): Masse des Körpers (in Kilogramm) - \( g \): Erdbeschleunigung (ca. \( 9,81 \, \text{m/s}^2 \) auf der Erdoberfläche) - \( h \): Höhe über einem Referenzpunkt (in Metern) Um nach den einzelnen Bestandteilen aufzulösen, kannst du die Formel umstellen: 1. **Nach der Masse \( m \)** auflösen: \[ m = \frac{E_p}{g \cdot h} \] 2. **Nach der Erdbeschleunigung \( g \)** auflösen: \[ g = \frac{E_p}{m \cdot h} \] 3. **Nach der Höhe \( h \)** auflösen: \[ h = \frac{E_p}{m \cdot g} \] Diese Umstellungen ermöglichen es dir, die jeweiligen Werte zu berechnen, wenn die anderen Größen bekannt sind.