Endgeschwindigkeit — Sport, 14–17 Jahre
Warum ein fallender Gegenstand aufhören kann zu beschleunigen, obwohl die Gravitation weiter nach unten zieht.
Ein Gleichgewicht beim Fallen
Beim Fallen zieht die Gravitation den Gegenstand nach unten, während der Luftwiderstand nach oben wirkt. Zunächst ist die Gravitation größer, deshalb beschleunigt der Gegenstand. Der Luftwiderstand wächst mit der Geschwindigkeit, bis er die Gewichtskraft ausgleicht; die resultierende Kraft wird null und der Gegenstand fällt mit konstanter Endgeschwindigkeit weiter.
Warum die Fallgeschwindigkeit begrenzt ist
Der einfache Satz „Gravitation lässt Gegenstände beschleunigen“ erklärt nicht, was in der Luft über längere Zeit geschieht. Man musste verstehen, warum Regentropfen, Fallschirmspringer und andere fallende Gegenstände nicht immer schneller werden. Die Untersuchung des Luftwiderstands zeigte, dass eine Bewegung gleichförmig werden kann, wenn sich entgegengesetzte Kräfte ausgleichen.
Kräfte auf einen Fallschirmspringer
Ein Fallschirmspringer hat eine Gewichtskraft von 700 N. Vor dem Öffnen des Fallschirms beträgt der Luftwiderstand 200 N nach oben; die resultierende Kraft ist also 700 − 200 = 500 N nach unten und die Geschwindigkeit nimmt zu. Später erreicht der Widerstand 700 N; die resultierende Kraft ist 0 N, und der Springer fällt mit Endgeschwindigkeit.
Keine Kraft bedeutet nicht Stillstand
Ein häufiger Fehler ist die Aussage, ein Gegenstand halte an, sobald die resultierende Kraft null wird. Das ist verständlich, weil „keine Kraft“ nach „keine Bewegung“ klingt. Eine resultierende Kraft von null bedeutet jedoch keine Beschleunigung: Ein bereits bewegter Gegenstand bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit weiter, ein ruhender bleibt stehen.
Fallschirme und sichere Rückkehr
Fallschirme sind so konstruiert, dass sie durch eine große Fläche den Luftwiderstand erhöhen. Die neue Endgeschwindigkeit ist viel kleiner, sodass Zeit für eine sichere Landung bleibt. Ingenieurinnen und Ingenieure nutzen dasselbe Gleichgewicht von Gewichtskraft und Luftwiderstand bei Rückkehrkapseln und Notausstiegssystemen.
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