Kräfte und ihre Wirkung 8 81 Der freie Fall Im freien Fall wirkt auf einen Gegenstand andauernd die Gravitation. Der Gegenstand bekommt in jedem Moment eine ⎯⎯⎯ ⟶ Zusatzgeschwindigkeitund wird daher immer schneller. Warum fällt der Stein (die größere Masse) im Versuch LV6 nicht schneller? Mehr Masse wird von der Erde stärker angezogen. Allerdings muss auf eine größere Masse auch eine größere Kraft einwirken, um eine bestimmte ⎯⎯⎯ ⟶ Zusatzgeschwindigkeitzu erreichen. Diese beiden Effekte gleichen sich genau aus: Die Feder und der Stein bekommen beide die gleiche ⎯⎯⎯ ⟶ Zusatzgeschwindigkeit. Die Reibungskraft der Luft bremst fallende Dinge allerdings unterschiedlich stark ab (siehe auch Seiten 84 und 85). Warum fällt der Mond nicht auf die Erde? Schau dir das Bild im Infokasten rechts an. Decke das Bild dann zu und versuche es selbst nachzuzeichnen. Da der Mond schon eine ⎯⎯ ⟶ Geschwindigkeithat, fällt er nicht auf die Erde, sondern er fällt „um die Erde herum“. Auf eine ähnliche Weise bewegt sich auch die Erde um die Sonne. Objekte, die einen Himmelskörper umkreisen, nennt man Satelliten. Es gibt natürliche Satelliten (zB den Mond) und künstliche Satelliten, die von Menschen in eine Umlaufbahn um die Erde gebracht wurden. Die Raumstation ISS ist auch ein Satellit der Erde. Astronautinnen und Astronauten fühlen sich dort schwerelos, weil sie mit derselben ⎯⎯ ⟶ Geschwindigkeitwie die Station um die Erde „herumfallen“. Wie wirkt eine Rakete der Gravitation entgegen? Bei einem Raketenstart wirkt aufgrund der Wechselwirkung mit den ausgestoßenen heißen Gasen eine Kraft auf die Rakete. Das nennt man Rückstoß (B2). Die ⎯⎯⎯ ⟶ Zusatzgeschwindigkeitdurch den Rückstoß nach „oben“ ist in jedem Moment größer als die ⎯⎯⎯ ⟶ Zusatzgeschwindigkeitnach „unten“ durch die Gravitation. Wie verändert die Gravitation das Tempo von fallenden Gegenständen mit unterschiedlichen Massen? Welchen Unterschied macht ein Vakuum? Finde es mit diesem Versuch heraus. a Lasst einen Stein und eine Feder aus einem Meter Höhe fallen. Was vermutest du vor dem Versuch: Welcher Gegenstand wird zuerst den Boden erreichen? Bestätigt der Versuch deine Vermutung? b In einer luftleeren Röhre lässt die Lehrkraft wieder einen Stein und eine Feder fallen. Notiere deine Beobachtung. Finde dafür eine Erklärung, nachdem du den Rest dieser Seite gelesen hast. LV6 Wer fällt schneller? Materialien 1 Fallröhre 1 Feder 1 Stein 1 Vakuumpumpe 1 Schutzbrille (Lehrkraft) Im freien Fall wird das Tempo in jeder Sekunde um ungefähr 10 Meter pro Sekunde schneller (genauer: 9,81 m/s). Das gilt für alle fallenden Gegenstände in der Nähe der Erde. ï Der Mond „fällt“ um die Erde Einerseits würde sich der Mond mit seiner ⎯⎯ ⟶ Geschwindigkeit einfach weiterbewegen (schwarze Pfeile). Andererseits bekommt er durch die Gravitation in jedem Moment eine ⎯⎯⎯ ⟶ Zusatzgeschwindigkeit(orange). So ergibt sich die neue ⎯⎯ ⟶ Geschwindigkeitund die Bewegung auf der Kreisbahn (blaue Pfeile). B2 Durch die Kraft des Rückstoßes bewegt sich die Rakete nach oben. Der Antrieb des Luftballonautos (Seite 65) funktioniert ganz ähnlich. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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