97 Beim freien Fall beträgt die Beschleunigung annähernd 10m/s2. Diese Größe ist uns bereits als Fallbeschleunigung g auf der Erde bekannt. Mit Hilfe der Fallbeschleunigung g (gravitational acceleration) kann man die Momentangeschwindigkeit und den gesamten zurückgelegten Weg beim freien Fall mit folgenden Formeln berechnen: Fallgeschwindigkeit: v = g · t Fallweg: s = g __ 2 · t 2 Fallbeschleunigung auf der Erde: g = 9,81m/s2 ≈ 10m/s2 Irrtümlich wird oft angenommen, dass ein schwerer Körper immer schneller fallen müsse als ein leichter. Schon Galilei (Abb. 52.4) hat gezeigt, dass eine Gewehrkugel ebenso schnell fällt wie eine Kanonenkugel. Trotzdem beobachtet man, dass Körper unterschiedlich schnell fallen. Diese Unterschiede werden durch den Luftwiderstand verursacht, den unterschiedlich geformte Körper bewirken. In einer luftleeren Röhre fallen alle Körper gleich schnell (Abb. 52.5). Im luftleeren Raum benötigen alle Körper für die gleiche Fallhöhe die gleiche Zeit. Luftwiderstand und Reibung machen sich bei allen Bewegungen bemerkbar. Überlege folgendes Beispiel: Ein PKW mit einem Dachträger, der hoch beladen ist, fährt auf der Autobahn mit 120 km/h. Obwohl der Lenker Vollgas gibt, bleibt die Geschwindigkeit gleich. Die Erklärung dafür: Obwohl der Motor dauernd eine Antriebskraft erzeugt, wird das Fahrzeug nicht schneller. Es müssen daher Gegenkräfte zur Motorkraft auftreten, die eine weitere Beschleunigung verhindern. Der Antriebskraft des Motors wirken Reibungskräfte (Luftwiderstand, Reibung im Getriebe, in den Radlagern, zwischen Rädern und Fahrbahn usw.) entgegen. Kannst du den Bewegungsvorgang beim Fallschirmspringen erklären? Ohne Luft müsste man beim Fallschirmspringen auf Grund der Gravitationskraft eine beschleunigte Bewegung durchführen. In Luft wird die Geschwindigkeit des fallenden Körpers zunächst größer. Dadurch wächst aber auch der Luftwiderstand des Fallschirms. Dieser wirkt der Gravitationskraft entgegen. Ist der Luftwiderstand groß genug, heben einander die beiden Kräfte auf. Es ergibt sich eine gleichförmige Bewegung mit konstantem Betrag der Geschwindigkeit in Richtung Erdboden (Abb. 52.6). Wird die Geschwindigkeit vermindert, so spricht man in diesem Fall von einer negativen Beschleunigung oder einer Verzögerung. Bei Fahrten in einem Verkehrsmittel ist der Mensch Beschleunigungen und Verzögerungen (Bremsvorgängen) ausgesetzt. Besonders stark spürt man das beim plötzlichen Abbremsen oder beim Aufprall eines Fahrzeuges auf ein Hindernis (Tab. 52.8). Daher müssen Mopedfahrer und -fahrerinnen einen Sturzhelm tragen, Radfahrerinnen und Radfahrer sollten das unbedingt auch tun. Sicherheitsgurte, Airbags oder Knautschzonen in Kraftfahrzeugen helfen mit, die gefährlichen Folgen bei Unfällen möglichst gering zu halten (Abb. 52.9). 52.4 Galileo Galilei (1546–1642), italienischer Physiker; er beschäftigte sich u. a. mit den Fallgesetzen. 52.5 Fallröhre: Eine Feder und ein Metallstück fallen einmal in Luft, dann im Vakuum. luftgefüllte Röhre Feder Metallkugel luftleere Röhre Unter dem Einfluss der Gravitationskraft fallen alle Körper gleich schnell, wenn Luftwiderstand und Auftrieb fehlen. 52.6 Fallschirmspringerin im freien Fall (wenn der Schirm noch nicht offen ist) Schneeflocke 1,8m/s Regentropfen 3,5m/s Fallschirmspringer/in mit geöffnetem Schirm 5,5m/s Fallschirmspringer/in ohne geöffneten Schirm 60,0m/s 52.7 Einige Fallgeschwindigkeiten. Beim Fall aus großer Höhe macht sich wegen der großen Fallgeschwindigkeit der Luftwiderstand deutlich bemerkbar. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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