Theorie:

Die Fallbeschleunigung beschreibt, wie schnell die Geschwindigkeit eines Körpers beim freien Fall sich vergrößert. Der freie Fall ist die beschleunigte Bewegung eines Körpers im luftleeren Raum, wobei auf den Körper nur die Gewichtskraft wirkt. Es ist bekannt, dass die Fallbeschleunigung auf der Erde \(9,8\) ms2 beträgt.  Doch warum ist das so?
Wie jede Beschleunigung ist die Fallbeschleunigung der Quotient aus der auf einen körper wirkenden Kraft und seiner Masse:
g=Fm
(ausgedrückt aus dem zweiten Newtonschen Axiom F=mg).
 
Andererseits ist die Gewichtskraft nichts anderes als die Gravitationskraft der Erde. Die Gravitationskraft zwischen zwei Massen \(m_1\) und \(m_2\) wird mit der folgenden Formel berechnet:
 
F=Gm1m2R2, wobei
 
\(F\) die Gewichtskraft ist,
\(G\) die Gravitationskonstante G=6,67201011Nm2kg2 und
\(R\) der Abstand zwischen den Massen.
 
Wichtig!
Fasst man die beiden Formeln zusammen, bekommt man die Formel g=GmR2, mit der man die Fallbeschleunigung auf einem beliebigen Himmelskörper (einem Planeten oder einem Stern) berechnen kann.
 
Beispiel:
Die Fallbeschleunigung auf der Oberfläche der Erde wird folgenderweise berechnet:
 
g=GmERE2=6,672010115,97610246,3711062=9,8ms2, wobei \(G\) die Gravitationskonstante, G=6,67201011Nm2kg2;
mE die Masse der Erde und
RE der Radius der Erde ist.
 
Praktisch ist die Fallbedschleunigung auf der Erde an den Polen (\(9,832\)ms2) ein wenig größer als am Äquator (\(9,78\)ms2), weil die Erde keine perfekte Kugel ist, sondern etwas abgeflacht. Der Durchschnittswert der Fallbeschleunigung auf der Oberfläche der \(Erde\) beträgt \(9,8\)ms2.
Die Fallbeschleunigung auf der Oberfläche jedes Himmelskörpers (eines Planeten oder eines Sterns) ist von der Masse dieses Körpers und des seinem Radius im Quadrat abhängig. Also: Je größer die Masse des Sterns ist, und je kleiner seine Größe, desto größer ist der Fallbeschleunigungswert auf seiner Oberfläche.
 
Planeten unseres Sonnensystems: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und die Zwergplaneten Ceres, Pluto, Eris
 
SolSys_IAU06.jpg
 
Die Fallbescheunigung und andere Eigenschaften der Planeten und der Zwergplaneten unseres Sonnensystems:
 
Himmelskörper
Fallbeschleunigung, ms2
Durchmesser,
km 
Abstand zur Sonne, Millionen km
Masse,
kg
Beziehung zur Masse der Erde
Merkur
3,7
4878
58
3,3*1023
0,055
Venus
8,87
12103
108
4,9*1024
0,82
Erde
9,8
12756,28
150
6,0*1024
1
Mars
3,7
6794
228
6,4*1023
0,11
Jupiter
24,8
142984
778
1,9*1027
317,8
Saturn
10,4
120536
1427
5,7*1026
95,0
Uranus
8,87
51118
2871
8,7*1025
14,4
Neptun
10,15
49532
4498
1,02*1026
17,1
Pluto
0,66
2390
5906
1,3*1022
0,0022
Mond
1,62
3473,8
0,3844
(zur Erde)
7,35*1022
0,0123
Sonne
274,0
1391000
-
2,0*1030
332900
 
Neutronensterne haben einen kleinen Durchmesser, etwa einige zehn Kilometer, und ihre Masse ist mit der Masse der Sonne vergleichbar. Deshalb ist das Gravitationsfeld dieser Planeten sehr stark.
Beispiel:
Ist der Durchmesser eines Neutronensterns gleich \(20 km\), und ist seine Masse \(1,4-mal\) größer als die Masse der \(Sonne\), ist die Fallbeschleunigung \(200000000000\)-mal größer als auf der Oberfläche der Erde.
Sie beträgt ungefähr 21012 ms2. Der Fallbeschleunigungswert für Neutronsterne kann Werte von 71012 ms2 erreichen.