Der freie Fall Erklärung physikalischer Vorgang?
Kann mir jemand bitte den physikalischen Vorgang erklären?
1 Antwort
Hallo Bogi82,
- ein Körper der Masse m, auf den eine Netto- Kraft mit dem Betrag F wirkt, erfährt eine Beschleunigung in Richtung der Kraft mit dem Betrag a = F⁄m.
- In der Nähe der Erdoberfläche erfährt der Körper eine anziehende Kraft in Richtung der Erde, die m∙g beträgt, wobei g eine Konstante ist, nämlich g = 9,81 N⁄kg.
Das heißt, bei doppelter Masse ist für die gleiche Beschleunigung auch doppelt so viel Kraft erforderlich; andererseits wird ein Körper doppelter Masse auch doppelt so stark angezogen. Im Vakuum erfahren daher alle Körper dieselbe Fallbeschleunigung von 9,81 m⁄s². Das ist nichts anderes als g.
Dass alle Körper unabhängig von ihrer Masse eigentlich gleich stark beschleunigt werden, fiel erstmals GALILEI auf, und das, obwohl er kein Vakuum erzeugen konnte.
Wenn die Luft ins Spiel kommt, kommt zugleich Reibungskraft ins Spiel. Die hängt nicht von der Masse des Körpers ab, sondern von seiner Gestalt, seinem Querschnitt und von seiner bereits erreichten Geschwindigkeit. Ihre Richtung ist immer der Bewegungsrichtung entgegen gesetzt, beim Fall also nach oben. Wenn sie genauso groß ist wie die Gravitationskraft, also m∙g beträgt, hört der Körper auf, schneller zu werden. Die Geschwindigkeit, mit der der Körper dann fällt, heißt terminale Geschwindigkeit.
Leichtere Körper erreichen ihre terminale Geschwindigkeit früher als schwerere, wobei es natürlich nicht nur auf die Masse, sondern auch auf die Dichte eines Körpers ankommt. Ein Körper verhältnismäßig geringer Dichte muss bei gleicher Masse größer sein und bietet dementsprechend mehr Luftwiderstand.
Bei extrem niedriger Dichte, vergleichbar mit der von Luft, erfährt ein Körper von vornherein nicht mehr die Beschleunigung g, weil dann zusätzlich noch der Auftrieb wichtig wird.