Aufgaben: Gravitation, Ortsfaktor und Lichtjahr

Nenne die acht Planeten unseres Sonnensystems in der Reihenfolge ihres Abstands von der Sonne und ordne sie den Gruppen „Gesteinsplaneten" und „Gasplaneten" zu.

Der Ortsfaktor auf der Erde beträgt $g = 9{,}81\,\frac{\mathrm{N}}{\mathrm{kg}}$, auf dem Mond $g_\mathrm{M} = 1{,}6\,\frac{\mathrm{N}}{\mathrm{kg}}$. Ein Astronaut hat eine Masse von 80 kg.

1. a) Berechne seine Gewichtskraft auf der Erde.

1. b) Berechne seine Gewichtskraft auf dem Mond.

Licht legt in einer Sekunde etwa $300.000\,\mathrm{km}$ zurück. Erkläre, was ein Lichtjahr ist, und gib an, ob es eine Zeit- oder eine Längeneinheit ist.

Ein Gesteinsbrocken hat auf dem Mond eine Gewichtskraft von $8{,}0\,\mathrm{N}$ ($g_\mathrm{M} = 1{,}6\,\frac{\mathrm{N}}{\mathrm{kg}}$).

1. a) Berechne seine Masse.

1. b) Berechne seine Gewichtskraft auf der Erde ($g = 9{,}81\,\frac{\mathrm{N}}{\mathrm{kg}}$).

1. c) Erkläre, warum die Masse auf Mond und Erde gleich ist, die Gewichtskraft aber nicht.

Die Internationale Raumstation (ISS) umkreist die Erde in etwa 400 km Höhe. Dort beträgt der Ortsfaktor noch etwa $8{,}7\,\frac{\mathrm{N}}{\mathrm{kg}}$.

1. a) Berechne die Gewichtskraft einer Astronautin mit 65 kg Masse in dieser Höhe.

1. b) Die Astronautin schwebt trotzdem in der Station. Erkläre, warum man hier von Schwerelosigkeit spricht, obwohl die Gravitationskraft nicht null ist.

Der Stern Proxima Centauri ist etwa 4,2 Lichtjahre entfernt. Ein Lichtjahr entspricht etwa $9{,}46 \cdot 10^{12}\,\mathrm{km}$.

1. a) Berechne die Entfernung in Kilometern.

1. b) Eine Raumsonde fliegt mit $50\,\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{s}}$. Berechne, wie viele Jahre sie bis dorthin brauchen würde (1 Jahr $\approx 3{,}15 \cdot 10^7\,\mathrm{s}$).

Das Sonnenlicht braucht bis zur Erde etwa 8,3 Minuten. Die Lichtgeschwindigkeit beträgt $c = 3{,}00 \cdot 10^8\,\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$.

1. a) Berechne den mittleren Abstand Erde–Sonne in Kilometern.

1. b) Das Licht des Neptun braucht etwa 4,2 Stunden bis zur Erde (bei mittlerem Abstand). Berechne den Abstand Neptun–Erde und vergleiche ihn mit dem Abstand Erde–Sonne.

1. c) Beurteile, warum Astronomen Entfernungen zu Sternen in Lichtjahren statt in Kilometern angeben.

Ein Stern wird im Abstand von sechs Monaten von der Erde aus beobachtet. Dabei verschiebt sich seine scheinbare Position vor den weit entfernten Hintergrundsternen leicht (Parallaxe).

1. a) Erkläre, wie diese Verschiebung zustande kommt und warum sie für nahe Sterne größer ist als für ferne.

1. b) Begründe, weshalb die Parallaxenmethode nur für relativ nahe Sterne funktioniert.

1. c) Das Spektrum eines Sterns zeigt dunkle Linien. Erkläre, welche Information man daraus über den Stern gewinnen kann.

Ein Himmelskörper umkreist die Sonne auf einer lang gestreckten Bahn, hat einen Schweif, der von der Sonne weg zeigt, und ist nur einige Kilometer groß.

1. a) Ordne ihn begründet einer Klasse von Himmelsobjekten zu (Planet, Zwergplanet, Komet, Mond).

1. b) Erkläre, warum der Schweif immer von der Sonne wegzeigt und nicht in Richtung der Flugbahn.

1. c) Vergleiche Planeten und Monde anhand der Merkmale Umlaufbahn und Eigenleuchten.