Freier Fall Unter
dem freien Fall versteht man eine Fallbewegung ohne Reibung, also
im Vakuum. Die Fallbewegung wird durch die Gewichtskraft ver- ursacht. Die
folgenden Videos zeigen, dass im Vakuum alle Körper "gleich
schnell" fallen.
Wir
wollen jetzt mittels der Videoanalyse
folgendes Video auswerten. Es
handelt sich hier zwar nicht um einen Fall im Vakuum. Aber bei Stahlkugeln
macht es kaum einen Unterschied, ob der Fall in Luft oder Vakuum
stattfindet. Dies merkt man spätestens bei der Auswertung. (beide Dateien auf dem Rechner
speichern und dann die Auswertung vornehmen: s.Videoanalyse) Man
erhält schließlich folgende Exceltabelle: (zur Art der Auswertung: s. gleichmässig beschleunigte Bewegung) Es
ergibt sich folgendes t^2-s-Diagramm: Man
erkennt anhand dieses Diagramms, dass eine gleichmäßig be- schleunigte
Bewegung vorliegt. Es gilt somit
d.h.
es liegt eine Beschleunigung a von 2 * 4,9203 m/s2 = 9,8406
m/s2 vor.
Exaktere Messungen ergeben im Schnitt einen Wert von 9,81 m/s2 Da
alle Körper "gleich schnell" fallen im Vakuum, bedeutet dies, dass beim
freien Fall auf der Erde immer die Fallbeschleunigung 9,81 m/s2 vorliegt.
Diese wird häufig mit dem Buchstaben g angegeben. Es gilt also
für den freien Fall:
Wie
man sofort erkennt, entspricht die Fallbeschleunigung dem Orts- faktor
aus der Mittelstufe. Dieser taucht auf, wenn man den Zusam-menhang
zwischen Masse und Gewichtskraft aufstellt. Es gilt dort:
Hinweis
zur Vertiefung: Man kann also davon ausgehen, dass zwischen Fallbeschleunigung
und Gewichtskraft ein Zusammenhang besteht. Dieser
ist über die Grundgleichung der Mechanik (2. Newtonsches Axiom) . und das Gravitationsgesetz gegeben, wobei die Gleichheit von
schwerer und träger Masse eine Rolle spielt. Nachschlagen
zur trägen und schweren Masse bei: WIKIPEDIA
oder Tipler, Physik, Spektrum-Verlag Der
Ortsfaktor bzw. die Fallbeschleunigung haben nur im Mittel einen Wert
von 9,81 m/s2 und zwar am 45°-Breitengrad auf Meereshöhe (z.B.
in Zürich). An anderen Orten auf der Erde gibt es etwas andere Werte,
an den Polen wird g = 9,83 m/s2 und am Äquator g = 9,78 m/s2
gemessen.
Videoliste
zum freien Fall (Stratosphärensprung von Felix Baumgartner, Fallturm in Bremen, Freier Fall mit der App „phyphox“) hierzu: Berechnungen zum Stratosphärensprung von
Felix Baumgartner |