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Das Äquivalenzprinzip in der Physik einfach erklärt

Autor: Gastautor
Das Äquivalenzprinzip hat mit Beschleunigung zu tun.
Das Äquivalenzprinzip hat mit Beschleunigung zu tun.
Wenn Sie gleichzeitig eine Plastik- und eine Bleikugel von einem Hochhaus fallen lassen, ist es doch eigentlich logisch, dass die schwere Metallkugel zuerst unten ankommt, oder? Um diese Frage zu beantworten, müssen Sie sich mit dem Äquivalenzprinzip auseinandersetzen. Dieses beschäftigt sich in der Physik nämlich mit dem Verhältnis von Schwere und Trägheit einer Masse zueinander.

Das sind die Aussagen des Äquivalenzprinzips

  • Das Äquivalenzprinzip geht auf Galileo Galilei zurück, der experimentell festgestellt hatte, dass sich Körper unabhängig von Ihrer Masse im freien Fall gleich beschleunigen, also gleich schnell fallen. Es macht daher theoretisch keinen Unterschied, ob Sie eine Hantel oder einen Tischtennisball von einem hohen Gebäude werfen, theoretisch sollten beide gleichzeitig unten aufkommen. In der Praxis gibt es allerdings noch verfälschende Faktoren wie den Luftwiderstand, und ganz abgesehen davon, sollten Sie grundsätzlich keine Gegenstände von Gebäuden werfen. Sie könnten andere Menschen verletzen.
  • Die grundlegende Aussage des Äquivalenzprinzips ist, dass die träge und schwere Masse eines Körpers gleich, also äquivalent sind. Die schwere Masse beruht auf der Gewichtskraft, also (bei uns) der Erdanziehung, die träge Masse ist jener Widerstand, den eine Kraft überwinden muss, um den Körper zu bewegen.
  • Das Prinzip findet sich auch im zweiten Newtonschen Axiom wieder, das auch als Aktionsprinzip bezeichnet wird. Es besagt, dass je massereicher ein Körper ist, desto mehr Energie aufgewendet werden muss, um ihn zu bewegen. Dieser Mehraufwand benötigter Energie entspricht genau dem Mehr an Anziehung, die Erde und ein schwerer Körper aufeinander ausüben. Sie gleichen sich also aus.

Das Prinzip wird in der modernen Physik erweitert

  • In der Physik spricht man auch von einem starken Äquivalenzprinzip. Dieses ist vor allem für die Einsteinsche Relativitätstheorie von großer Bedeutung. Hier wird davon ausgegangen, dass es in einem hypothetischen Raum, der keiner Wechselwirkung mit seiner Umwelt unterliegt, keine zuverlässige Aussage darüber geben kann, ob sich ein Körper in der Schwerelosigkeit oder im freien Fall befindet.
  • Ein hypothetisches homogenes Gravitationsfeld würde laut der getroffenen Aussage also einer gleichmäßigen Beschleunigung in einer ungekrümmten Raumzeit entsprechen. Der Experimentalphysik ist es bisher nicht gelungen, diese Theorie zu widerlegen.
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