Freier Fall oder nicht?
Ich habe eine Aufgabe in Physik die ich nicht verstehe...Bitte helft mir!!
Meine Aufgabe:
Gib für folgende Vorgänge an, ob man die Bewegungen mit den Gesetzen des freien Falls beschreiben kann oder nicht. Begründe.
a) Schweben der Samen von Pusteblumen
b) Fallschirmspringer
c) Fall eines Apfels vom Baum
d) Fall von Hagelkörner
Ich weiß das es ein freier Fall ist, wenn sich der Gegenstand in einem Vakuum befindet, aber trifft das denn nicht auf alle zu?? Ich bin überfordert....Bitte helft mir...
4 Antworten
Die Gleichung des freie Falls basiert auf dem allgemeinen Gesetz von Newton:
Beschleunigung = Summe aller Kräfte / Masse.
IBetrachten wir den Fall, dann gilt:
Summe aller Kräfte = Gewichtskraft - Widerstandskräfte.
Als Widerstandskraft kommt hier nur die Luftreibung in Frage. Die hängt u.a. ab von der Geschwindigkeit des Körpers und seiner Fläche. Ist diese Kraft gegenüber der gewichtskraft klein, dann sprechen wir vereinfacht von einen freien Fall.
a) Schweben der Samen von Pusteblumen: die großen Schirme entsprechen einer großen Fläche, der Samen hat eine kleine Gewichtskraft. Der Widerstad über die große Schirmfläche ist bestimmend.... die Samen schweben, kein freier Fall
b) Fallschirmspringer: hohe Gewichtskraft, sehr große Fallschirmfläche. Damit der Spinger nicht voilles Rohr in den Boden rammt, ist der Fall sehr stark gebremst. Kein freier Fall
c) Fall eines Apfels vom Baum, relativ hohes Gewicht, relativ kleine Fläche, wenig Widerstand, weil kugelform. kurze Fallzeit, damit relativ geringe Geschwindigkeit ... zusammen gibt das wenig Widerstand . . freier Fall
d) Fall von Hagelkörner . . . diese haben geringe Gewichtskraft und geringe Fläche, damit auch geringen Widerstand. Se legen jedoch eine lange Strecke zurück. Ihre Geschwindigkeit steigt nicht ins Unendliche. Sie beschleunigen stark und fallen dan mit konstanter Geschwindigkeit zu Boden. Also: kein freier Fall, weil eine konstante Endgeschwindigkeit erreicht wird.
Das passt nicht. Der Apfel fällt nur, sagen wir mal, 3m. Dann hat er eine bestimmte Geschwindigkeit. Würde er 10m fallen wäre die Geschwindigkeit deutlich höher. Die Aufschalggeschw ist je nach Fallhöhe also unterschiedlich. Die Pusteblume kommt eigentlich gar nicht richtig ins Fallen. Der Widerstand durch as Schirmchen ist so hoch dass der Samen nur mit geringer Geschw. fällt. Diese würde auch nicht größer werden, wenn der Samen 50m fallen würde.
Man spricht hier von der stationären (oder konstanten) Endgeschwindigkeit. Befinden wir uns mit unseren Betrachungen weit unterhalb der statonären Endgeschwindigkeit, können wir mit der einfachen Formel von Newton rechnen... ansonsten müssen wir noch die Widerstandskraft hinzu nehmen.
Ich erfinde mal ein paar Zahlen, kannst du sicher genau googlen:
Stationäre Endgeschw
für Pusteblumensamen: enige cm/s
Fallender Mensch uas dem Flugzeug: ca. 200km/h
Fallender Mansch am Fallschirrm: ca 5m/s
Hagelkorn: 150km/h
Bitte frage weiter, wenn noch unklar
Was meinst du mit "kommen mit einer konstanten Geschwindigkeit auf"?
Ein Apfel, der von einem 10m Baum fällt wird mit einer höheren Geschwindigkeit aufkommen, als einer, der von einem 5m Baum fällt.
Ein Samen einer Pusteblume wird ungefähr immer gleich schnell aufkommen (wenn man Wind und Thermik außer Acht lässt), egal ob er von 1m oder 10m fällt.
Ein Fallschirmspringer (ohne geöffneten Schirm, Bauch nach unten) kann nicht schneller als 200km/h werden, selbst wenn er von einer größeren Höhe abspringt (okay, irgendwann wird die Luft dünner, dann kann er doch wieder schneller werden).
Ein Hagelkorn, das aus 16km Höhe fällt wird genauso schnell aufkommen wie eins, das aus 10km Höhe fällt.
Okay, ich habs verstanden, vielen Dank!!!
a) Nein, die Samen werden extrem von Aerodynamik beeinflusst. Das Wort "schweben" verrät es eigentlich schon fast...
b) Eher nicht - mit zunehmender Geschwindigkeit nimmt der Luftwiderstand quadratisch zu, sodass am Anfang die Gesetze noch ziemlich gut gelten, aber man dann ziemlich schnell auf eine Endgeschwindigkeit stößt, wo sich der Fall und Luftwiderstand die Waage halten.
c) ja, der Luftwiderstand vom Apfel ist unerheblich bei einer so kurzen Falldistanz und damit geringen Geschwindigkeit.
d) Eher nicht - (äquivalent zum Fallschirmspringer)
Soweit ich weiß, bedeutet freier Fall, dass außer der Gravitation keine anderen Kräfte wirken. Daher wäre streng physikalisch keins der Beispiele freier Fall.
Bis zu dem Zeitpunkt bzw. der Fallgeschwindigkeit, wo der Luftreibungswiderstand einen signifikanten Anteil hat, kann man sich aber mit dem Gesetz für den freien Fall nähern.
Am ehesten wäre das beim Apfel der Fall, da er nur kurz fällt und dadurch die Luftreibung vernachlässigbar ist.
Freier Fall ist es wenn ein Objekt ohne großen Luftwiederstand fällt.
Ein Fallschirmspringer hat einen großen Luftwiederstand, das ist ja der Zweck vom Fallschirm.
Die Samen einer Pusteblume werden auch stark vom Luftwiederstand beeinflusst.
Ein Apfel und ein Hagelkorn sind klein und im Vergleich zur Größe schwer. Ich denke das wäre beides Frei Fall.
(So würde ich die Aufgabe lösen. Ich kann nicht garantieren das die Lösung korrekt ist...)
... beim Apfel ist das ok, er fällt nur ein paar Meter, hat also eine geringe Geschwindigket und damit wenig Luftwiderstandskraft. Das Hagelkorn beschleunigt bis zu einer stationären Geschwindigkeit.... es fällt ja auch rech lange.
Aber der Apfel und der Samen der Pusteblume kommt doch genauso wie das Hagelkorn mit einer konstanten Geschwindigkeit auf oder? Wie unterscheidet man das?