2 Fragen zu Freierfall

Wenn sich ein Körper im freien Fall bewegt, beobachtet man, dass er unter dem Einfluss der Schwerkraft beschleunigt wird. Dabei gibt es einige charakteristische Merkmale: 1. **Beschleunigung**: Der Körper erfährt eine konstante Beschleunigung, die als Erdbeschleunigung \( g \) bezeichnet wird und etwa \( 9,81 \, \text{m/s}^2 \) beträgt (auf der Erdoberfläche). 2. **Geschwindigkeit**: Die Geschwindigkeit des Körpers nimmt linear mit der Zeit zu. Wenn der Körper aus dem Ruhezustand fällt, ist die Geschwindigkeit nach einer Zeit \( t \) gegeben durch \( v = g \cdot t \). 3. **Zurückgelegte Strecke**: Die Strecke, die der Körper zurücklegt, nimmt quadratisch mit der Zeit zu. Die zurückgelegte Strecke \( s \) nach einer Zeit \( t \) ist durch die Formel \( s = \frac{1}{2} g t^2 \) gegeben. 4. **Luftwiderstand**: In der Realität kann der Luftwiderstand eine Rolle spielen, insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten. Ohne Luftwiderstand würde der Körper kontinuierlich beschleunigen. Mit Luftwiderstand erreicht der Körper jedoch eine Endgeschwindigkeit (Terminalgeschwindigkeit), bei der die Kraft des Luftwiderstands die Gravitationskraft ausgleicht und die Beschleunigung aufhört. Diese Beobachtungen gelten unter der Annahme, dass der freie Fall in einem Vakuum oder unter Vernachlässigung des Luftwiderstands stattfindet.

Der freie Fall wird als beschleunigte Bewegung betrachtet, weil ein Objekt, das im freien Fall ist, unter dem Einfluss der Schwerkraft ständig seine Geschwindigkeit erhöht. Diese Beschleunigung ist gleich der Erdbeschleunigung \( g \), die auf der Erdoberfläche etwa \( 9,81 \, \text{m/s}^2 \) beträgt. Die Begründung dafür liegt in den Gesetzen der klassischen Mechanik, insbesondere in Newtons zweitem Gesetz der Bewegung, das besagt, dass die Beschleunigung eines Körpers direkt proportional zur auf ihn wirkenden Kraft und umgekehrt proportional zu seiner Masse ist (\( F = m \cdot a \)). Im Fall des freien Falls ist die einzige relevante Kraft die Gravitationskraft, die durch \( F = m \cdot g \) beschrieben wird. Da die Masse \( m \) des fallenden Objekts in beiden Gleichungen vorkommt, kürzt sie sich heraus, und es bleibt \( a = g \). Das bedeutet, dass alle Objekte im freien Fall unabhängig von ihrer Masse die gleiche Beschleunigung erfahren, nämlich \( g \). Zusammengefasst: Der freie Fall ist eine beschleunigte Bewegung, weil die Schwerkraft eine konstante Beschleunigung auf das fallende Objekt ausübt.