Der freie Fall ohne Luftwiderstand

Der freie Fall ohne Luftwiderstand
Physik Klasse 10

Frage:
Welche Bewegung führt ein Fallschirmspringer beim Sturz in die Tiefe aus?

Die antreibende Kraft beim freien Fall ist die Gewichtskraft. Sie hat für jeden Körper eine ganz bestimmte Größe. Wir wissen bereits, dass ein Körper, auf den eine konstante Kraft wirkt, gleichmäßig beschleunigt wird.

Definition und Formel: Der freie Fall

Der freie Fall ist eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung.
Nach dem Newtonschen Kraftgesetz müsste gelten:

f_0272

Also müsste sich aus der Masse und dem Gewicht eines Körpers die Beschleunigung berechnen lassen, die er beim freien Fall erfährt.

Beispiel

Wir wiegen die Masse 1 Kilogramm mit der Federwaage und lesen eine

f_0273
Die Masse m = 1 kg müsste beim freien Fall also eine Beschleunigung von 9,8 m/s2 erfahren.

Versuch

Wir wollen obige Annahme durch ein Experiment bestätigen.
Dazu lassen wir eine Eisenkugel aus verschiedenen Höhen fallen.
Aus der Fallzeit, die wir messen, bestimmen wir dann die Beschleunigung.

f_0274

Messreihe:

f_0275

Die Messreihe liefert als Ergebnis eine Beschleunigung von etwa 10 m/s2.

Resultat:
Die Fallbewegung ist eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung.
Die Fallbeschleunigung beträgt dabei a = g = 9,81 m/s2.



Ist die Fallbeschleunigung für alle Körper gleich?

Versuch

Eisenkugel und Blatt Papier fallen unterschiedlich schnell

Ursache:
Der Luftwiderstand wirkt sich auf große, leichte Körper stark aus, auf kleine, schwere Körper kaum.

Frage:
Warum fallen große Massen, auf die eine stärkere Gewichtskraft wirkt als auf kleine Körper nicht schneller als diese?

Ursache:

f_0276

Rechenbeispiel zur Fallgeschwindigkeit:

Jemand lässt von der Spitze des Eifelturms ( h = 300 m ) einen Stein fallen. Nach welcher Zeit und mit welcher Geschwindigkeit schlägt er auf den Erdboden auf? Den Luftwiderstand kann man vernachlässigen. ( g = 10 m/s2 ).


Die Fallzeit:

f_0277

Die Fallgeschwindigkeit:

f_0278

Für den freien Fall herrschen folgende Gesetzmäßigkeiten:

f_0279


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