Physik verstehen 4, Schulbuch

33 Gekrümmte Wege auf der Erde und im Weltall 3. Wie verläuft eine Fallbewegung in der Luft und im Vakuum? Gleich groß – verschieden schwer – wie schnell? (Abb. 33.1) E1 Verwende zwei gleich große und gleich geformte Metallstücke aus Eisen und Aluminium. Lass die Metallstücke aus etwa 2m Höhe gleichzeitig fallen. Beachte den Gewichtsunterschied, aber auch den kleinen Unterschied bei der Fallbewegung. Auf das leichtere Aluminiumstück wirkt eine kleinere Gewichtskraft als auf das schwerere Eisenstück. Das Aluminiumstück erfährt jedoch die gleiche Fall beschleunigung wie das Eisenstück. Dies bewirkt, dass bei kurzen Fallwegen die Fallzeiten für die verschieden schweren Körper praktisch gleich sind. Mit größer werdender Geschwindigkeit eines fallenden Körpers nimmt der Luftwiderstand zu. Dadurch wird die Geschwindigkeitszunahme pro Sekunde (die Beschleunigung) geringer. Ist der Luftwiderstand gleich groß wie die Gewichts- kraft, bewegt sich der Körper nur mehr gleichförmig . Aus der beschleunigten Bewegung wird nun eine gleichförmige Bewegung – der Körper wird nicht mehr schneller. Im freien Fall erreicht ein Fallschirmspringer die gleichförmige Bewegung bei einer Geschwindigkeit von etwa 60   m  __ s  (  = 216   km  __ h    ) . Körper mit einer großen Fläche (zB Laubblatt, Fallschirm) bewirken einen großen Luftwiderstand. Sie erreichen die gleichförmige Bewegung bereits bei geringeren Geschwindigkeiten. So reduziert der offene Fallschirm die Geschwindigkeit des Fallschirmspringers auf etwa 3–5   m  __ s  (  = ca. 11–18   km  __ h  ) . Leichtere Körper (zB Schneeflocken) erreichen die gleichförmige Bewegung ebenfalls früher. Nebeltröpfchen werden beim Fallen in Luft nur bis zu 0,08   m  __ s  schnell, Regentropfen hingegen bis zu 8   m  __ s  . Fallen ohne Luft (Abb. 33.5) E1, E2 Gib in ein noch luftgefülltes durchsichtiges Fallrohr eine Metallscheibe und eine Feder. Beobachte die Fallbewegungen der beiden Körper im luftgefüll- ten Rohr und nach dem Absaugen der Luft im luftleeren Fallrohr. Gibt es einen Unterschied beim Fallen? Stelle zunächst eine Vermutung auf. Bei V4 siehst du, dass die Feder in der Luft deutlich hinter der Metallscheibe zurückbleibt. Auf die Feder wirkt ein größerer Luftwiderstand, der sie bremst. Im luftleeren Fallrohr hingegen wirkt kein Luftwiderstand. Beide Körper fallen gleich schnell bzw. mit der gleichen Beschleunigung. V3 33.1 Gleich groß – verschieden schwer – wie schnell? Der Luftwiderstand wirkt dem freien Fall entgegen. M V4 Feder Metall- scheibe Luft wird abgesaugt. 1m 33.5 Fallen ohne Luft Im luftleeren Raum fallen alle Körper mit der gleichen Fallbeschleunigung (  ca. 9,8   m  __ s 2   ) . M 33.2 Vor dem Öffnen des Fallschirms beträgt die Maximalgeschwindigkeit durch den Luftwiderstand etwa 200   km  __ h  . 33.3 Nach dem Öffnen des Fallschirms wird die Geschwindigkeit durch den erhöhten Luftwiderstand auf etwa 20   km  __ h  reduziert. 33.4 Löwenzahnsamen haben einen hohen Luftwiderstand. doppelte Schwerkraft für 20s doppelte Schwerkraft für 20s Schwerelosigkeit für 22s Höhe: 8500m 370 Höhe: 6100m 825 km h km h Höhe: 6100m 825 km h 33.6 Parabelflug: Beim Steigen und Fallen des Flugzeuges ist man schwerelos. Infobox: Berechnung des Fallweges s (ohne Luftwiderstand): s =   g _ 2 · t ² Arbeitsblätter 26kt9r Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv