- Erdbeschleunigung
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Die Erdbeschleunigung, auch Erdschwerebeschleunigung oder Erdschwere, ist die Schwerebeschleunigung (auch Fallbeschleunigung oder Ortsfaktor) der Erde. Sie gibt an, welcher Beschleunigung eine Probemasse im erdfesten Bezugssystem beim freien Fall im Erdschwerefeld unterliegt. An der Erdoberfläche beträgt ihr Mittelwert g = 9,81 m/s2, variiert aber wegen Zentrifugalkraft, Erdabplattung und Höhenprofil regional um einige Promille. Nach internationaler Konvention wurde ihr Standardwert auf g = 9,80665 m/s2 festgelegt.
Inhaltsverzeichnis
Terminologie
Mit Erdbeschleunigung ist fast immer die Erdschwerebeschleunigung gemeint. Von der Wortwahl her könnte sie unter Umständen mit der Zentripetal- oder einer Tangentialbeschleunigung der Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne verwechselt werden.
Die Bezeichnungen Erdanziehung und Erdschwere können sich auch auf eine Kraft statt eine Beschleunigung und auch nur auf die Gravitation beziehen.
Manchmal werden Beschleunigungswerte anschaulich als Vielfaches oder Teil des Mittelwerts der Erdbeschleunigung angegeben. Die mittlere Erdbeschleunigung ist dabei die Einheit g und hat den Wert 1 g = 9,81 m / s2 (siehe g-Kraft).
Ortsabhängigkeit
Schwerefeld der Erde im Südpolarmeer
Da die Erde keine Kugel, sondern annähernd ein Ellipsoid ist und zudem rotiert, hängt die Erdbeschleunigung von der geographischen Breite und zusätzlich von der Höhe über dem Meeresspiegel ab. An den Polen ist ein Körper dem Schwerpunkt näher als am Äquator, und zum Äquator hin macht sich zunehmend die aufgrund der Eigenrotation der Erde dem Schwerefeld der Erde entgegenwirkende Fliehkraft bemerkbar. Dies lässt sich in Abhängigkeit von der Breite mit der Normalschwereformel berechnen.
Weitere Abweichungen, sogenannte Schwereanomalien, sind auf die Strukturen unterschiedlicher Dichte im Untergrund zurückzuführen. Aus der genauen Vermessung der Erdbeschleunigung kann man deshalb Rückschlüsse auf Strukturen in der Erdkruste sowie deren Veränderungen ziehen. (siehe Geoid).
Höhenabhängigkeit
Abnahme von g mit zunehmender HöheIn der Nähe der Erdoberfläche nimmt g um etwa 3,1 µm/s2 pro gestiegenem Meter ab. Für größere Höhen wird die Abnahme von g(r) mit dem newtonschen Gravitationsgesetz abgeschätzt (siehe Diagramm).
In niedrigen Satellitenhöhen von 300 bis 400 km nimmt die Erdbeschleunigung um 10 bis 15 % ab, in 5000 km (Lasersatellit LAGEOS) ca. 70 %. In großen Höhen wird sie keinesfalls null, sonst würden hochfliegende Satelliten geradlinig davonfliegen. Deren Besonderheit ist der fortgesetzte freie Fall; ohne Luftwiderstand schlügen sie nie auf der Erdoberfläche auf, weil ihre Flugbahn einer Keplerellipse folgen würde.
Deutsches Hauptschwerenetz 1996
Kennzeichnungsplakette des Deutschen Schwerenetzes 1962In Deutschland ist die ortsabhängige Erdbeschleunigung im Deutschen Hauptschwerenetz 1996 (DHSN96) festgehalten. Es ist neben dem Deutschen Hauptdreiecksnetz für den Ort und dem Deutschen Haupthöhennetz für die Höhe die dritte Größe zur eindeutigen Festlegung eines geodätischen Bezugssystems. Das deutsche Schwerenetz stützt sich auf ca. 16.000 Messpunkte, den Schwerefestpunkten.
Messgenauigkeit
Ein modernes Gravimeter vermag die Erdbeschleunigung mit einer Genauigkeit von 0,01 µm/s2 = 0,001 mGal, ca. 10−9 g, zu vermessen. Man könnte damit eine Höhenverschiebung von weniger als einem Zentimeter registrieren. Schwankungen des Luftdrucks verursachen Änderungen in der gleichen Größenordnung.
Wenn man aber Schweremessungen zur Rohstoff-Suche oder zur Bestimmung des Geoids verwendet, kann man sich mit 0,1 mGal begnügen. Denn die Unregelmäßigkeiten des Geländes können 30 mGal ausmachen und lassen sich wegen unsicherer Gesteinsdichte kaum genauer als auf 0,5 mGal oder 5 µm/s2 berechnen. Bei Differenzmessungen (etwa zur Bestimmung unterirdischer Hohlräume) ist hingegen die 10-fache Messgenauigkeit sinnvoll.
Der Einfluss der Gezeitenkräfte liegt bei 0,005 µm/s2, am Meer mit großen bewegten Wassermassen bei 0,1 µm/s2. Veränderungen des Grundwasserspiegels können die Messwerte um 0,2 µm/s2 beeinflussen.
Aus der Beobachtung von Satellitenbahnen lassen sich Schwankungen des Erdschwerefeldes in der Größenordnung von 200 µm/s2 erkennen; die modernste Gradiometrie kann auch noch wesentlich kleinere Bahnstörungen erfassen (siehe GRACE und GOCE).
Siehe auch
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