Freier Fall

Philipps Auto ist die Klippe hinuntergestürzt. Jetzt ist es in den Händen der Schwerkraft. Diese zieht das Auto nach unten. Außer dem Luftwiderstand ist die Schwerkraft die einzige Kraft, die auf das Auto einwirkt. Wir sagen dazu: Das Auto ist im freien Fall.

Schau, wie das Auto fällt. Das sind die Positionen des Autos in jeder Sekunde. Siehst du, wie die Abstände zwischen den Punkten größer werden? Das Auto fällt mit steigender Geschwindigkeit. Es beschleunigt, nach unten.

Spulen wir nochmal zurück und halten den Film an. Das Auto fällt gerade über die Klippe. Lassen wir eine Bowlingkugel genau neben dem Auto aus der gleichen Höhe fallen. Das Auto wiegt zweitausend Kilo, die Bowlingkugel nur zwei Kilo. Das Auto wiegt also tausendmal mehr als die Kugel.

Welches Objekt wird zuerst auf den Boden treffen? Denke ein paar Sekunden darüber nach. Halte den Film an, wenn du die Frage mit einem Mitschüler besprechen willst. Aha, sie treffen also gleichzeitig auf den Boden. Die kleinere und leichtere Kugel fällt mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Auto?

Das heißt, die Beschleunigung ist für beide Objekte gleich, obwohl sie unterschiedliche Massen haben. Vom 2. Newtonschen Gesetz wissen wir: Die Kraft, die auf ein Objekt wirkt ist gleich die Masse des Objekts mal Beschleunigung. Die Masse des Autos ist größer als die der Kugel. Eintausend Mal größer.

Wir sehen, dass die Schwerkraft – diese entspricht dem Gewicht eines Objekts – größer für das Auto ist als für die Kugel. Eintausend Mal größer. Die Schwerkraft, die auf ein Objekt wirkt, hängt von der Masse des Objekts ab. Je größer die Masse, desto größer die Schwerkraft. Beschleunigung aufgrund von Schwerkraft nennen wir: Fallbeschleunigung.

Wir schreiben sie als ein kleines g. Die Fallbeschleunigung, g, auf der Erde beträgt etwa neun Komma acht Meter pro Quadratsekunde. Das bedeutet: Alle Objekte im freien Fall beschleunigen, also erhöhen ihre Geschwindigkeit, um etwa neun-Komma-acht Meter pro Sekunde. In der ersten Sekunde erhöht das Objekt seine Geschwindigkeit um neun-Komma-acht Meter pro Sekunde. Nach zwei Sekunden hat das Objekt seine Geschwindigkeit um neun-Komma-acht mal zwei Meter pro Sekunde erhöht.

Und nach drei Sekunden: um neun-Komma-acht mal drei Meter pro Sekunde. Aus dieser Beobachtung können wir eine Formel erstellen. Denn die Geschwindigkeit, v, ist offensichtlich gleich Fallbeschleunigung, g, mal Zeit, t. V gleich g mal t. Diese Formel gilt für alle Objekte im freien Fall.

Wie schnell fiel das Auto, als es auf den Boden traf? Das lässt sich mit der Formel berechnen. Es dauerte sechs Sekunden, ehe das Auto den Boden erreichte. Damit ist die Zeit, t, sechs. Nun multiplizieren wir die Zeit mit der Fallbeschleunigung, g: neun-Komma-acht Meter pro Quadratsekunde Die Geschwindigkeit des Autos betrug beim Aufprall also 58,8 Meter pro Sekunde, nach unten gerichtet.

Was wäre aber passiert, wenn das Auto mit Tempo über die Klippe gefahren wäre? So wie dieses Auto: Es fährt mit hoher Geschwindigkeit über die Kante. In dem Moment, als das Auto über die Klippe schießt, zieht die Schwerkraft es runter. Das Auto bewegt sich weiter vorwärts, mit der gleichen Geschwindigkeit, die es beim Verlassen der Klippe hatte. Die Vorwärtsbewegung bei gleicher Geschwindigkeit und die beschleunigende Bewegung nach unten führen dazu, dass das Auto in einem Bogen fliegt.

Das Auto stößt zur gleichen Zeit auf den Boden als das Auto, das aus dem Stand hinunterfiel. Dafür sorgt die Fallbeschleunigung, und zwar immer. Natürlich landet das zweite Auto nicht an derselben Stelle. Wann immer etwas durch die Luft geworfen oder geschossen wird, nennen wir diese Bewegung Wurfbewegung. Beim Sturz von Philipps Auto gab es Luftwiderstand, der einen Widerstand gegen die Bewegung des Autos leistete.

So gesehen ist es eigentlich kein freier Fall, das bedeutet, das Auto beschleunigt etwas langsamer als neun-Komma-acht Meter pro Quadratsekunde. Aber... es fällt... Und das Auto... explodiert.

Keine Sorge, Philipp. Ist nur ein Cartoon. Das ist schwer zu erklären... Egal, beim nächsten Video ist alles wieder beim Alten.