Was ist reduzierte Masse?
Bei der Betrachtung von Teilchen, die so klein wie ein Atom sind, oder von Gegenständen, die so groß wie Erde und Mond sind, kann die Verringerung der Masse eine wichtige Rolle bei der Berechnung des Verhaltens der sich umeinander bewegenden Gegenstände spielen. Ein Proton und ein Elektron oder die Erde und der Mond kreisen mit sehr unterschiedlicher Masse umeinander oder die Menge jedes Objekts, das von der Schwerkraft beeinflusst wird. Die Verwendung einer Gleichung mit verringerter Masse kann die Berechnung des Verhaltens in verschiedenen Situationen vereinfachen.
Da sich zwei Objekte umeinander drehen, haben sie eine Kraft, die mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik von Sir Isaac Newton berechnet werden kann, der die Kräfte zwischen Objekten basierend auf ihrer Masse und Entfernung berechnet. Newton (1642-1727) war ein Mathematiker, Chemiker und Physiker, der viele Konzepte zu Planetenbewegung und Schwerkraft formulierte. Sein zweites Gesetz beschreibt die Kräfte, die zwischen zwei Objekten auftreten, setzt jedoch voraus, dass die Objekte stationär sind. Die reduzierte Masse berücksichtigt jedes Objekt und seinen Abstand voneinander und liefert einen Wert, der in der Newtonschen Gleichung und anderen Berechnungen für Schwerkraft und Beschleunigung verwendet werden kann.
Die Erde und der Mond haben sehr unterschiedliche Größen, und es kann angenommen werden, dass die Erde das Rotationszentrum der beiden Körper ist. Dies ist nicht ganz richtig, da der Mond aufgrund seiner Entfernung von der Erde und seiner Masse den Rotationspunkt beeinflusst, der als Rotationszentrum bezeichnet wird. Die Verwendung des Erdmittelpunkts würde zu Fehlern bei der Berechnung führen, wenn die Mondmasse nicht korrigiert würde.
Die reduzierte Masse wird aus der Masse beider Objekte multipliziert und dann durch die Summe der Masse der beiden Objekte dividiert. Das Ergebnis kann dann zur Berechnung von Kraft- und Gravitationseffekten verwendet werden, als gäbe es eine einzige Masse an einem Punkt, der als Rotationszentrum bezeichnet wird. Ein Beispiel hierfür ist das Verbinden von zwei Kugeln mit einem Seil, wobei die Kugeln unterschiedliche Gewichte haben. Der Versuch, die Bälle durch Halten des Seils in der Mitte zu drehen, wäre erfolglos. Der Experimentator müsste das Seil näher an die schwerere Kugel halten, die das Rotationszentrum der beiden Kugeln ist.
Berechnungen für reduzierte Masse können auch für kleine Atompartikel verwendet werden. Wenn sich Elektronen um einen Atomkern drehen, erzeugen sie einen Schwerpunkt und eine Rotation an anderen Punkten als dem Kernzentrum. Das Auflösen nach der reduzierten Masse schafft Werte, die dann für andere molekulare Kräfte verwendet werden können.