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Fallgeschwindigkeit von einem Gewicht

Die Fallgeschwindigkeit von einem Gewicht lässt eine interessante Fragestellung zu, der sich zahlreiche Wissenschaftler und auch Astronauten auf dem Mond gestellt haben, die ein Experiment mit Hammer und Feder durchgeführt haben. Die Frage lautet: Ist die Fallgeschwindigkeit unabhängig von der Masse eines Körpers? Umgangssprachlich ausgedrückt: Fällt ein Körper mit einem höheren Gewicht schneller als ein Körper mit einem geringeren Gewicht, wenn man den Luftwiderstand außer Acht lässt? Fällt zum Beispiel ein Hammer schneller als eine Feder?

Die Anziehungskraft des Mondes beträgt nur 1/6 der Erdanziehungskraft.
Die Anziehungskraft des Mondes beträgt nur 1/6 der Erdanziehungskraft.

Definition Gewicht und Formeln für die Fallgeschwindigkeit

Es gibt einen Unterschied zwischen Masse und Gewicht, der wichtig ist, um die Fragestellung zu lösen. Die Masse eines Körpers ist ortsunabhängig und verändert sich nicht. Sie bleibt also dieselbe auf der Erde, dem Mond und dem gesamten Universum.

  • Das Gewicht eines Körpers einer bestimmten Masse ist abhängig von der Anziehungskraft, die auf ihn ausgewirkt wird.
  • So wird ein Körper mit der Masse 120 kg auf der Erde mit einem Gewicht von 120 kg gemessen. Die Anziehungskraft des Mondes beträgt nur 1/6 der Erdanziehungskraft, somit wiegt ein Körper mit der Masse 120 kg auf dem Mond nur 20 kg.Im Weltraum ist der Körper schwerelos, da keine Anziehungskraft auf ihn einwirkt, dennoch hat er eine Masse von 120 kg.
  • Die Fallgeschwindigkeit eines Körpers hängt von der Kraft, die auf ihn ausgewirkt wird, ab. Diese Kraft beschleunigt einen Körper. Der Beschleunigungsfaktor auf der Erde beträgt im Durchschnitt 9,81 m/s².
  • Die Fallgeschwindigkeit (ohne Berücksichtigung des Luftwiderstandes) lässt sich aus der Beschleunigung und der Fallzeit oder der Fallhöhe berechnen.
  • Die Formeln lauten: Geschwindigkeit (v) = Beschleunigungsfaktor (g) mal Fallzeit (t) und Geschwindigkeit (v) = Wurzel aus (2 mal Beschleunigungsfaktor (g) mal Fallhöhe (h)

Mit diesen beiden Formeln können Sie die Fallgeschwindigkeit eines Körpers ausrechnen.Ist Ihnen dabei etwas aufgefallen? Natürlich, in beiden Formeln ist nicht die Masse zu finden. Das bedeutet: Die Fallgeschwindigkeit eines Körpers hängt nicht von seiner Masse ab.

Die Fallgeschwindigkeit ist unabhängig vom gemessenen Gewicht und der Masse eines Körpers

Sie werden sich nun fragen, warum dann eine Feder auf der Erde wesentlich langsamer fällt als ein Hammer und Ihre berechtigte Frage lässt sich so beantworten: Die Erde ist von einer Lufthülle umgeben, die dem fallenden Objekt einen Widerstand entgegensetzt. Auf der Erde oder einem Planeten mit einer Atmosphäre ist also die Fallgeschwindigkeit eines Körpers nicht nur von der Fallzeit beziehungsweise Fallhöhe und dem Gravitationsfaktor abhängig, sondern es sind noch andere Größen notwendig.

  • So spielen zum Beispiel Luftdichte, Volumen und die Thermik eine Rolle, nicht aber die Masse oder das Gewicht in obiger Definition.
  • Würde man aber die Feder in eine kleine Kiste und den Hammer in eine identisch geformte Kiste legen, so würde man feststellen, dass beide Kisten auch auf der Erde dieselbe Fallgeschwindigkeit hätten.
  • Auf der Erde bewiesen zahlreiche Versuche im Vakuum, dass Körper mit unterschiedlicher Masse die gleiche Fallgeschwindigkeit haben.
  • Das eindrucksvollste Experiment demonstrierte der Astronaut, Dave Scott, der im Rahmen des Mondprogramms Apollo 15 den freien Fall von Feder und Hammer vorführte. Der Mond hat keine Atmosphäre und bietet somit keinen Luftwiderstand. Tatsächlich fiel die Feder genauso schnell wie der Hammer.
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