Herunterfallende Gewehrkugel Geschwindigkeit?
Mit einem Gewehr wird senkrecht in die Luft geschossen. Hat die Kugel beim Herunterfallen auf der Höhe des Gewehrs eine größere oder kleinere Geschwindigkeit als am Anfang oder ist sie genauso groß?
Bitte mit Erklärung
10 Antworten
Da eine Gewehrkugel keinen eigenen Antrieb hat ist die Geschwindigkeit genau beim verlassen des Gewehrlaufes am höchsten.
Da mit Gewehren selten im Vakuum geschossen wird habe ich die Reibung natürlich miteinbezogen. Was du da schreibst stimmt gewiss, denn wohin ginge die Energie denn sonst. Dann müsste also die Gewehrkugel sobald sie beim fallen wieder auf Höhe der Gewehrmündung angekommen ist genau gleich schnell sein, wie da sie die Mündung verlassen hat?!
In der Schule wird doch "immer" ohne Luftwiderstand gerechnet.
Und ja, die Kugel müsste wieder so schnell sein, wie sie beim "Start" war.
Das ist bei Orbits von Planeten und anderen Objekten auch so xD
Und selbst wenn Orbits etwas weit hergeholt sind, die zugrundeliegende Physik ist genau die selbe.
Gruß
Es ist eigentlich die Frage, ob Du Reibung in Betracht ziehst oder nicht.
Ziehst Du keine Reibung in Betracht (Magnet-Beschleuniger schießt Stahlkugel auf dem Mond), dann ist die Kugel am Gewehrlauf beim Aufsteigen genauso schnell wie beim Absteigen.
Wenn Luftwiderstand ins Spiel kommt, dann wird bei den erreichbaren Höhen es wahrscheinlich sein, dass die Geschwindigkeit der Kugel beim Niedergehen durch die Geschwindigkeit gegeben ist, bei der der Luftwiderstand auf die Kugel genauso groß ist wie die Erdanziehung der Kugel. Der Luftwiderstand lässt sich ausrechnen als cw-Wert x Stirnfläche x Geschwindigkeit^2. Das setzt Du mit Gewicht x Erdbeschleunigung gleich und erhältst die Geschwindigkeit.
Die Erklärung der theoretischen Physik:
Energieerhaltungssatz
E(kin) = E(pot) = E(kin)
Die Kugel hat die gleiche Geschwindigkeit wie beim Verlassen des Gewehrs.
Allerdings stimmt diese Lösung nur im imaginären Physik-Labor oder im Vakuum.
Die Erklärung in der Praxis
Durch den Luftwiderstand wird die Geschwindigkeit der fallenden Kugel begrenzt auf v(max), die darüber hinaus bei E(pot) vorhandene Energie wird in Luftbewegungen und Wärme umgewandelt.
Damit ist due Geschwindigkeit immer kleiner als v0.
Der Luftwiderstand ist doch auch bereits beim hochfliegen da. Was übersehe ich da?
Nichts - bereits beim Aufstieg wird E(kin) nicht vollständig zu E(pot), sondern die Kugel leistet auch Arbeit gegen den Luftwiederstand.
Beim Fallen aus genügend hoher Höhe gilt zusätzlich v(max)<v0
Ach Quatsch. Ich Stand kurz auf dem Schlauch. xD Stimmt alles natürlich.
Ohne Berücksichtigung des Luftwiderstandes wird die Kugel beim Herunterfallen auf Höhe der Laufmündung wieder die gleiche Geschwindigkeit haben wie beim Abschuss (Erhaltung der Energie). So wie sie durch die Schwerkraft (Erdbeschleunigung 9,81 m/s^2) nach oben verzögert wird, wird sie nach unten wieder beschleunigt.
Bei Berücksichtigung des Luftwiderstandes, was praktisch der Fall ist, wird die Kugel jedoch mit einer geringeren Geschwindigkeit herunterfallen als wie beim Abschuss.
Das hängt vor allem davon ab, ob Du das Experiment praktisch machst, also mit Luftwiderstand, oder theoretisch unter Vernachlässigung der Luftreibung. (Die praktische Durchführung im Vakuum dürfte kaum zu realisieren sein.)
...sie wird allerdings beim Zurückfallen wieder beschleunigt.
Und zwar genau um jene potentielle Energie, die sie beim Aufstieg aufgebaut hat.
Wenn es keine Reibung gibt, bzw. man diese nicht einberechnet, dann ....
Gruß