Physik frage (freier Fall)?
Wenn zwei verschieden große Stahlkugeln beginnen aus der selben höhe zu fallen… kommen sie auch gleichzeitig an? Und warum
4 Antworten
Die große Kugel ist in der Praxis auf der Erde ein ganz klein wenig schneller unten, weil das Verhältnis aus Oberfläche und Masse zugunsten der Masse ausfällt.
Doppelter Radius-> vierfache Oberfläche-> achtfache Masse
Im Vakuum wäre das gleich, weil dann dieses Verhältnis wegen der fehlenden Luftreibung keine Rolle spielt. Dann wäre es auch in der Tat ein "freier Fall".
Daher muss die ganz korrekte Antwort dennoch heißen: "Beide gleich schnell".
Wenn der Luftwiderstand eine Rolle spielt, ist es kein freier Fall mehr. Dann sind sie auch nur fast gleich schnell.
Beim wirklich freien Fall sind sie exakt gleich schnell.
Wenn der Luftwiderstand sich auswirkt (soll hier aber Wahrscheinlich nicht so sein) hat die größere Kugel einen größeren und ist daher etwas langsamer.
Hat sie, aber durch die größere Masse wird das mehr als kompensiert, daher wäre sie schneller.
Mach mal eine Extrembetrachtung, dann hast Du ein feines Metallstaubteilchen.
Eine größere Masse braucht auch eine größere Kraft zur Beschleunigung (hier die Gewichtskraft), somit ist a = F/m mit F = m*g wieder gleich (Erdbeschleunigung). Das war meine Überlegung.
Das mit den Staubteilchen verstehe ich auch nicht, hab gerade eine Frage dazu gestellt.
Ich bin jetzt dahin gekommen:
Ausgehend von konstanter Fallgeschwindigkeit ist Fg (proportinal zu m) = F vom Luftwiderstand (proportional zu A und v²). m ist proportional zu r³, A nur zu r². Demach würde v² bzw. v mit wachsendem r größer werden.
Ich hab etwas länger gebraucht, um zu verstehen, wie das gemeint war.
Auf jedes objekt egal wie groß, egal wie schwer wirkt die gleiche beschleunigung. In form der Erdanziehungskraft liegt sie bei 9.81 n/kg. Wichtig hier ist, dass sich beide objekte in einem luftleeren raum befinden. Ansonsten spielt die größe sehr wohl eine rolle, da auf objekte mit großerer fläche größerer luftwiederstand wirkt.
Steckst du eine feder und eine stahlkugel in einen luftleeren raum, fallen beide gleichzeitig zu boden. Auf beide wirkt die selbe beschleunigung, nämlich 9.81 n/kg
weil die Masse keine Rolle spielt
Schauen wir uns das doch in der Formel an!
Freier Fall bedeutet, kinetische Energie und potentielle Energie können gleichgesetzt werden:
Ekin=Epot
(1/2)*m*v^2=m*g*h
Beim Auflösen der Gleichung kürzt sich die Masse m des Körpers aus der Gleichung heraus und es bleibt:
v=√(2*g*h)
wir sehen. Die Fallgeschwindigkeit v ist von der Masse m unabhängig. Und damit du siehst, dass es nicht nur theoretisches Gelaber ist schauen wir uns das doch mal anhand eines praktischen Experimentes auf dem Mond an. Auf dem Mond gibt es keinen atmosphärischen Widerstand in Form eines Luftwiderstandes wie wir es hier auf der Erde kennen. Das heißt hier können wir diese Formeln annehmen. Bei der Mondlandung von Neil Armstrong am 21. Juli 1969 führte er das Experiment mit einer Feder und einem Hammer durch. Mal schauen welcher der Objekte schneller auf dem Boden ankommt:
Also wäre die Antwort „beide FAST gleich schnell, da der Luftwiderstand nur eine ganz kleine Rolle spielt“?