4.2 Parameter und freier Fall
Durch eure Experimente habt ihr sicher herausgefunden, dass verschiedene Eigenschaften das Fallen beeinflussen.
Erst Galilei hat 2000 Jahre später diese Idee widerlegen können. Vorher kam niemand auf die Idee, die Meinung von Aristotels zu überprüfen, denn er galt als eine Art Norm bei der Beschreibung der Welt: Was er sagte, musste stimmen, und worüber er nichts sagte, darüber dachte man nicht nach.
Er hat auch nie gemessen, sondern sich seine Weltsicht zurecht gedacht...
Galilei war der erste, der mit dieser Tradition brach.
Nun begeben wir uns weiter auf Galileos Spuren:
Die Einflussgrößen auf den Fall nennt man auch Parameter.
Ich könnte mir gut vorstellen, dass ihr die folgenden Beobachtungen zu Parametern der Fallbewegung gemacht habt:
Je größer die Abwurfhöhe ist, desto größer ist die Auftreffgeschwindigkeit.
Das gilt für Fallschirme (zum Glück) nicht: Der Springer kommt bei geöffnetem Fallschirm immer mit der gleichen Geschwindigkeit an, egal ob er aus 500 m oder 2 000 m abspringt. Es sind immer 2...3 m/sec, also immerhin etwa 10 km/h.
Hier merkt man die Bedeutung der Reibung: Die Bewegung durch die Luft entzieht dem fallenden Körper Energie, er wird abgebremst. Ist der Körper klein und schwer, spielt die Reibung nur eine untergeordnete Rolle:
Kleine (wenig Luftreibung) und schwere (die Reibungskraft kann gegen das Gewicht vernachlässigt werden) Körper, erfahren die stärkste Beschleunigung.
Leichte und große Körper (mehr Reibung, die wegen des kleinen Gewichtes eine wichtige Rolle spielt) werden weniger stark beschleunigt.
Es kann sogar passieren, wie beim Fallschirm, dass der Körper dann unbeschleunigt, also mit konstanter Geschwindigkeit nach unten schwebt.
Lasst einmal ein Blatt Papier fallen oder einen Wattebausch im Vergleich zu einer Stahlkugel...
Dieses Zusammenspiel von Reibungskraft und Gewichtskraft kann vortäuschen, dass Gewicht und Größe eine Rolle beim Fallen spielen.
Stimmt auch, wenn man das Fallen in Luft betrachtet.
Aber eigentlich möchte man die Fallgesetze erkennen...dazu muss man diese Einflüsse möglichst ausschalten oder vernachlässigen können.
Gelingt das, so spricht man vom freien Fall.
Kannst Du sagen: "Frei wovon???".
Am besten kann man den freien Fall im luftleeren Raum untersuchen.
Das hat bei Apollo 15 der Astronaut David R.Scott 1971 live vorgeführt. Millionen Menschen konnten zusehen, wie er einen Hammer und eine Federt auf dem Mond hat fallen lassen. Die Bildqualität ist bescheiden, das lag einmal an den Kameras vor 50 Jahren aber auch an der Übertragungstechnik von Mond zu Erde:
Beim freien Fall fallen alle Körper gleich schnell, unabhängig von ihrer Masse und Zusammensetzung.
Warum das so ist, wird uns noch beschäftigen!
Moderne Handykameras sind inzwischen besser, aber durch die Kompression sind die Bilder im Blog auch nicht so pralle:
Wenn ihr in der Zeitlupe genau hinseht, merkt ihr, dass der etwas leichtere Körper ein klein wenig später auftrifft. Ihr müsst jetzt erklären können, wieso.
Wenn wir Kräfte kennengelernt haben, können wir auch alles oben genannte genau nachrechnen.
Im Moment wollen wir nur mitnehmen:
Die Bewegungsgesetze gelten für den freien Fall, also eine Fallbewegung ohne Einfluss der Reibung oder anderer Größen.
Wir werden beim Nachmessen also immer Abweichungen erkennen.
Im nächsten Post werde ich euch Messdaten präsentieren und wir werden lernen, wie man diese nichtlinearen Zusammenhänge auswertet. Dann kommt noch ein Video einer besonderen Messung...dann müssen wir Übungsaufgaben lösen und schließlich zeige ich euch, was Einstein daraus gemacht hat.
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