WH54 Fachwortlexikon
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Bildbeschreibung und Urheberrecht

Freier Fall


↓ Definition


Basiswissen


Definition: ein Freier Fall ist eine Fallbewegung nahe der Oberfläche eines Himmelskörper (z. B. Planet, Mond). Dabei wird als wirkende Kraft ausschließlich die Gravitationskraft zwischen fallendem Körper und Himmelskörper betrachtet. Da der Mond keine nennenswerte Lufthülle hat, fallen Körper dort nahezu perfekt frei.

Erklärung


◦ Ein Fallbewegung im Einflussbereich eines Himmelskörpers
◦ Es wird nur die Gravitationskraft zwischen den zwei Körpern berücksichtigt.
◦ Andere Kräfte (Luftreichung, Auftrieb, Magnetfelder etc.) werden vernachlässigt.
◦ Beim Freien Fall nimmt die Geschwindigkeit des fallenden Körpers richtung Himmelskörper ständig zu.
◦ Er wird beschleunigt mit der sogenannten Fallbeschleunigung g.

Faustformel


◦ s = 5·t²
◦ Fällt man s Sekunden, dann fällt man gleichzeitig s Meter nach unten.
◦ Beispiel: die Fallzeit t = 10 s gibt eine Fallstrecke von s = 500 m.
◦ Mehr unter => Freier Fall Faustformel

Ist der freie Fall immer senkrecht?


◦ Umgangssprachlich versteht man darunter meist eine senkrecht nach unten verlaufende Fallbewegung.
◦ Der Fall beginnt meistens damit, dass ein Gegenstand aus der Ruhe heraus losgelassen wird.
◦ In der Physik wird der Begriff freier Fall aber allgemeiner gefasst.
◦ Hier meint er jede Bewegung nahe einem Himmelskörper, bei der nur die Gravitationskraft wirkt.
◦ Am Anfang kann auch eine schon vorhandene Bewegung in irgendeine beliebige Richtung vorhanden sein.
◦ Es kann sein, dass der Fall mit einem waagrechten Wurf nach vorne oder auch schräg nach oben beginnt.
◦ Die Flugbahn ist dann keine Gerade senkrecht nach unten mehr sondern eher kreis- oder parabelförmig.
◦ Aus großen Höhen mit nicht-senkrechter Anfangsrichtung entsteht eine sogenannte Keplerbahn.
◦ Aus niedrigen Höhen entsteht mit nicht-senkrechter Anfangsrichtung eine => Wurfparabel

Wann endet der freie Fall?


◦ Spätestens mit dem Aufprall auf einer Oberfläche ...
◦ oder wenn andere Störfaktoren dazu kommen.

Welche Formeln gelten?


◦ Fallgeschwindigkeit nach t Sekunden : v = g·t
◦ Zurückgelegte Strecke nach t Sekunden: s = 0,5·g·t²

Was meinen die Formelzeichen?


◦ (Die Formeln gelten für einen freien Fall ohne Anfangsgeschwindigkeit.)
◦ v ist die Geschwindigkeit in senkrechter Richtung nach der Falldauer t.
◦ g ist die Fallbeschleunigung, auf der Erde etwa 10 m/s².
◦ t ist die Dauer des freien Falles mit der Beschleunigung g.
◦ s ist senkrechte Komponente des während der Dauer t zurückgelegten Weges.

Wann gelten die zwei Formeln oben?


◦ Die zwei Formeln oben gehen von einer konstanten Beschleunigung g aus.
◦ Das gilt näherungsweise für kurze Fallstrecken (wenige Kilometer).
◦ Längere Fallstrecken wären etwa: von einer geostationären Satellitenbahn aus.
◦ Beginnt der freie Fall recht weit von der Erde entfernt, ist die dort ...
◦ wirkende Anziehungskraft niedriger als näher an der Erde.
◦ Beim freien Fall nimmt die Anziehungskraft tatsächlich ständig zu.
◦ Damit ist auch die Fallbeschleunigung g nicht konstant.
◦ Dieser Fall ist oben in den Formeln nicht berücksichtigt.

Helikoptersprung als Beispiel


◦ Am 27. Oktober 2020 sprang John Bream aus 40 m Höhe aus einem Hubschrauber.
◦ Er fiel ohne Fallschirm auf die Wasseroberfläche und wurde dort bewusstlos.
◦ Es heißt, er sei mit etwa 80 mph aufgetroffen.
◦ Mehr dazu unter => The Flying Fish

Was wäre "nicht frei"?


◦ Statischer Auftrieb der Luft
◦ Luftwiderstand
◦ Magnetfelder

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