Warum variiert die Gewichtskraft auf der Erde?

Warum ist die Gewichtskraft auf der Erde nicht überall gleich? – Ein Blick auf die Variationen der Erdanziehung

Die Aussage “Die Erdanziehungskraft beträgt 9,81 m/s²” ist eine Vereinfachung, die für viele praktische Anwendungen ausreichend genau ist. In Wirklichkeit jedoch variiert die Gewichtskraft, die ein Objekt auf der Erde erfährt, regional geringfügig. Diese Variationen sind zwar klein, aber messbar und resultieren aus mehreren Faktoren, die die Erdanziehungskraft beeinflussen:

1. Die Rotation der Erde: Die Erde rotiert um ihre Achse. Diese Rotation erzeugt eine Zentrifugalkraft, die der Gravitationskraft entgegenwirkt. Diese Kraft ist am stärksten am Äquator, wo die Rotationsgeschwindigkeit am höchsten ist, und nimmt zu den Polen hin ab. Daher ist die resultierende Gewichtskraft am Äquator geringfügig geringer als an den Polen. Dieser Effekt ist jedoch relativ klein im Vergleich zu den anderen Faktoren.

2. Die Form der Erde: Die Erde ist kein perfekter Kreis, sondern ein abgeplattetes Sphäroid. Sie ist am Äquator leicht ausgebaucht und an den Polen abgeflacht. Dies bedeutet, dass die Entfernung zum Erdmittelpunkt am Äquator größer ist als an den Polen. Da die Gravitationskraft mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt, ist die Anziehungskraft am Äquator schwächer als an den Polen. Dieser Effekt ist deutlich größer als der Einfluss der Rotation.

3. Die Massenverteilung im Erdinneren: Die Erde ist nicht homogen aufgebaut. Sie besteht aus verschiedenen Schichten mit unterschiedlicher Dichte. Lokale Variationen in der Dichte des Gesteins, die Anwesenheit von Erzlagerstätten oder auch große Hohlräume beeinflussen die lokale Gravitationskraft. Diese Effekte sind regional begrenzt und können zu messbaren Abweichungen von der durchschnittlichen Erdanziehungskraft führen. Gravimetrische Messungen werden eingesetzt, um diese lokalen Anomalien zu kartieren und Aufschluss über den Untergrund zu geben. Beispiele hierfür sind die Suche nach Erdöl- und Gasvorkommen oder die Untersuchung tektonischer Plattengrenzen.

4. Die Höhe über dem Meeresspiegel: Je weiter ein Objekt vom Erdmittelpunkt entfernt ist, desto geringer ist die Gravitationskraft, die auf es wirkt. Daher nimmt die Gewichtskraft mit zunehmender Höhe ab. Dieser Effekt ist besonders deutlich in großen Höhen, wie beispielsweise in den Bergen.

Die Auswirkungen der Variationen: Die Schwankungen der Erdanziehungskraft sind zwar klein – in der Größenordnung von wenigen Promille – haben aber dennoch Auswirkungen auf präzise Messungen, beispielsweise in der Geodäsie, der Geophysik und der Satellitennavigation. Hochpräzise Waagen berücksichtigen diese Variationen, um exakte Messergebnisse zu liefern. Auch die Kalibrierung von Messinstrumenten muss diese regionalen Unterschiede berücksichtigen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Gewichtskraft auf der Erde nicht konstant ist, sondern durch die Erdrotation, die Erdform, die inhomogene Massenverteilung im Erdinneren und die Höhe über dem Meeresspiegel beeinflusst wird. Diese Variationen sind zwar gering, aber messbar und für bestimmte wissenschaftliche und technische Anwendungen von Bedeutung.