Gravitationsgesetz

Isaac Newton ist der Gründervater der Theorie der universellen Gravitation.

Was bedeutet hier das Adjektiv 'universell'?

Dazu muss man wissen, dass Wissenschaftler vor dem Erscheinen der principia mathematica im Jahr 1687 zwischen zwei Arten von physikalischen Gesetzen unterschieden haben:

Einerseits die Gesetze, die die Bewegung der Objekte regeln,

(...) und andererseits die Gesetze, die die Bewegung der himmels Objekte regeln.

Das beste Beispiel für diese Unterscheidung ist ihrer Meinung nach die Schwerkraft, die für den Fall der Körper auf der Erde verantwortlich ist, (...) aber offensichtlich im Himmel nicht existiert, da uns die Gestirne nicht auf den Kopf fallen

Mit einer heute berühmten Illustration stellte Isaac Newton fest, dass das Gesetz der Gravitationsanziehung für den fallenden Apfel (...) das gleiche ist wie für den Mond, der die Erde umkreist.

Dazu stellt er sich das folgende Gedankenexperiment vor. Eine Kanone, die sich auf dem Gipfel eines Berges befindet, feuert eine Kugel ab.

Die von der Kugel zurückgelegte Strecke hängt von der Anfangsgeschwindigkeit ab.

Wird die Kugel ohne Geschwindigkeit losgelassen wird, fällt sie wie ein Apfel vom Baum.

Ist die Abwurfgeschwindigkeit hingegen hoch, kann die Kugel eine große Strecke zurücklegen, bevor sie auf den Boden aufschlägt.

Newton erklärt sogar, dass die Kugel unter bestimmten Bedingungen aufgrund der Kugelgestalt der Erde nicht mehr auf den Boden auftreffen kann.

Das heißt aber nicht, dass sie nicht mehr unter der Schwerkraft leidet. Im Gegenteil, sie unterliegt ihr ständig und die Kugel befindet sich gewissermaßen in einem ständigen freien Fall.

Andernfalls würde sie einen geradlinigen Kurs verfolgen.

Man sagt dann, dass die Kugel satellitengestützt ist, und ihre Bahn wird als Umlaufbahn bezeichnet. Sie ist in der Regel elliptisch.

(...) Aber man kann im Sonderfall einer fast kreisförmigen Umlaufbahn beobachten, wie beim Mond.

In dieser Animation werden, genau wie in Newtons Zeichnung, die Reibungskräfte vernachlässigt.

Wenn wir die Reibung, die durch die Atmosphäre verursacht wird, berücksichtigen müssten, würde die Kugel gebremst werden und schließlich auf die Erde zurückfallen.

Mit dieser  Vereinheitlichung der Naturgesetze auf der Erde und im Himmel führte Newton die Arbeit von Galileo und Kepler fort und hat das Gesetz der Gravitation universalisiert.