5.9: Scheinbares Gewicht

Das wahre Gewicht ist das Maß für die auf ein Objekt wirkende Gravitationskraft. Wenn sich das Objekt jedoch beschleunigt, ist sein gemessenes Gewicht unterschiedlich von seinem wahren Gewicht. Ähnliche Beobachtungen können gemacht werden, wenn das Objekt in Wasser eingetaucht ist. Das Gewicht eines Objekts im Wasser ist sein scheinbares Gewicht, welches gleich der Differenz zwischen seinem wahren Gewicht und den Auftriebskräften ist.

Betrachten wir eine Person, die auf einer Badezimmerwaage in einem Aufzug steht. Wenn die Waage im Ruhezustand genau ist, entspricht ihr Messwert der Größe der nach unten wirkenden Kraft, die die Person auf sie ausübt. Die einzigen Kräfte, die auf die Person wirken, sind ihr Gewicht und die nach oben wirkende Normalkraft der Waage. Im Ruhezustand ist die resultierende Kraft auf die Person null. Gemäß dem dritten Newtonschen Gesetz sind Gewicht und Normalkraft gleich groß und entgegengesetzt gerichtet, sodass die Normalkraft dem wahren Gewicht der Person entspricht. Die Badezimmerwaage zeigt die von der Waage auf die Person ausgeübte Normalkraft an.

Wenn der Aufzug mit konstanter Beschleunigung nach oben fährt, ist das scheinbare Gewicht größer als das wahre Gewicht, da die resultierende Kraft, die auf es wirkt, größer als null ist. Wenn der Aufzug jedoch abbremst, ist das scheinbare Gewicht des Objekts kleiner als sein wahres Gewicht, da die resultierende Kraft, die auf das Objekt wirkt, negativ ist. Wenn der Aufzug sich im freien Fall befindet, fühlt sich die Person gewichtslos, da sie und der Aufzug unter der Gravitationsbeschleunigung fallen. Dieses Phänomen wird als scheinbare Schwerelosigkeit bezeichnet.

Die "Schwerelosigkeit", die Menschen in einer der Erde nahe gelegenen Satellitenumlaufbahn erfahren, ist dieselbe scheinbare Schwerelosigkeit wie in einem freien Fall befindlicher Aufzug. Die Schwerkraft sorgt dafür, dass der Satellit "aus seiner natürlichen geraden Bahn" fällt. Obwohl die Schwerkraft auf Objekte innerhalb des Satelliten wirkt, erfahren die Objekte eine scheinbare Schwerelosigkeit, da sie und der Satellit zusammen wie im freien Fall beschleunigen.

Stellen Sie sich einen Aufzug im Ruhezustand vor, mit einem Kasten auf einer Waage. Die Gravitationskraft auf den Kasten entspricht der Normalkraft, die von der Skala auf den Kasten ausgeübt wird, so dass die Größe der Nettokraft auf den Kasten Null ist. Die Waage zeigt die Größe der Normalkraft an, die dem wahren Gewicht des Kastens entspricht.

Wenn sich der Aufzug mit einer konstanten Beschleunigung nach oben bewegt, entspricht die Nettogröße der Kraft, die auf den Kasten wirkt, der Differenz zwischen der Normalkraft und der Gravitationskraft, die auf ihn wirkt. Die Waage zeigt das scheinbare Gewicht an, das höher ist als das tatsächliche Gewicht der Box.

Wenn der Aufzug herkömmlich nach unten beschleunigt, wird die Beschleunigung negativ. Das scheinbare Gewicht ist nun geringer als das tatsächliche Gewicht der Box.

Wenn nun das Kabel des Aufzugs reißt, schwebt der Kasten mit der Waage kurzzeitig, beschleunigt sich aber schließlich aufgrund der Schwerkraft nach unten und erlebt einen freien Fall.

Die Waage zeigt Null an, und das Feld erscheint schwerelos. Dieses Phänomen wird als scheinbare Schwerelosigkeit bezeichnet.