Wie lässt sich begründen, dass der freie Fall eine beschleunigte Bewegung ist?

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Wie lässt sich begründen, dass der freie Fall eine beschleunigte Bewegung ist?

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Erläutere ein Beispiel zur gleichmäßig beschleunigten Bewegung.

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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.

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Die allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass große Massen wie Planeten oder Sterne den Raum um sich herum krümmen – ähnlich wie eine schwere Kugel eine Matratze eindr&uum... [mehr]

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Die allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass große Massen wie Planeten oder Sterne den Raum um sich herum krümmen – ähnlich wie eine schwere Kugel eine Matratze eindrückt. Diese Krümmung sorgt dafür, dass sich andere Dinge, wie Licht oder kleinere Körper, auf bestimmten Bahnen bewegen. Was wir als „Schwerkraft“ spüren, ist also eigentlich die Folge davon, dass der Raum durch Massen verbogen wird.

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Die Fallgeschwindigkeit hängt davon ab, wie lange und aus welcher Höhe ein Objekt fällt, sowie vom Luftwiderstand. Ohne Luftwiderstand (im Vakuum) beschleunigt ein Objekt auf der Erde m... [mehr]

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Die Fallgeschwindigkeit hängt davon ab, wie lange und aus welcher Höhe ein Objekt fällt, sowie vom Luftwiderstand. Ohne Luftwiderstand (im Vakuum) beschleunigt ein Objekt auf der Erde mit etwa 9,81 m/s² (Erdbeschleunigung). Nach einer bestimmten Zeit \( t \) berechnet sich die Geschwindigkeit \( v \) so: \( v = g \cdot t \) - \( g \) = 9,81 m/s² - \( t \) = Fallzeit in Sekunden Um die Geschwindigkeit in km/h zu berechnen, multipliziere das Ergebnis in m/s mit 3,6. **Beispiel:** Nach 5 Sekunden freiem Fall (ohne Luftwiderstand): \( v = 9,81 \cdot 5 = 49,05 \) m/s \( 49,05 \cdot 3,6 = 176,58 \) km/h **Wichtige Hinweise:** - In der Realität bremst der Luftwiderstand die Geschwindigkeit ab. Ein Mensch im freien Fall erreicht z.B. eine Endgeschwindigkeit (Terminalgeschwindigkeit) von etwa 180–200 km/h in Bauchlage. - Die genaue Geschwindigkeit hängt also von Form, Gewicht und Luftwiderstand ab. Weitere Infos findest du z.B. bei [Wikipedia – Freier Fall](https://de.wikipedia.org/wiki/Freier_Fall).

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1 Meter pro Quadratsekunde (m/s²) ist eine Einheit der Beschleunigung. Die gesuchte Umrechnung ist in die Einheit „Meter pro Minutenquadrat“ (m/min²). **Umrechnung:** 1 Sekunde... [mehr]

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1 Meter pro Quadratsekunde (m/s²) ist eine Einheit der Beschleunigung. Die gesuchte Umrechnung ist in die Einheit „Meter pro Minutenquadrat“ (m/min²). **Umrechnung:** 1 Sekunde = 1/60 Minute 1 Quadratsekunde = (1/60)² Minuten² = 1/3600 Minuten² Daher gilt: 1 m/s² = 1 Meter pro (Sekunde)² = 1 Meter pro (1/60 Minute)² = 1 Meter pro (1/3600 Minuten²) = 3600 Meter pro Minutenquadrat (m/min²) **Antwort:** 1 m/s² entspricht **3600 Meter pro Minutenquadrat (m/min²)**.

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Die wichtigsten Messgrößen der Gravitation sind: 1. **Gravitationskonstante (G):** Sie gibt die Stärke der Gravitation an und hat den Wert \( G = 6{,}674 \times 10^{-11} \,... [mehr]

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Die wichtigsten Messgrößen der Gravitation sind: 1. **Gravitationskonstante (G):** Sie gibt die Stärke der Gravitation an und hat den Wert \( G = 6{,}674 \times 10^{-11} \, \mathrm{m}^3\,\mathrm{kg}^{-1}\,\mathrm{s}^{-2} \). 2. **Gravitationskraft (F):** Die Kraft, mit der sich zwei Massen anziehen. Sie wird mit dem Newtonschen Gravitationsgesetz berechnet: \( F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} \) wobei \( m_1 \) und \( m_2 \) die Massen und \( r \) der Abstand zwischen den Massen ist. 3. **Gravitationsfeldstärke (g):** Sie beschreibt die Kraft pro Kilogramm Masse an einem bestimmten Ort: \( g = \frac{F}{m} \) Auf der Erdoberfläche beträgt sie etwa \( 9{,}81\,\mathrm{m/s}^2 \). 4. **Gravitationspotential (Φ):** Das Potential beschreibt die potentielle Energie pro Masse im Gravitationsfeld: \( \Phi = -G \frac{M}{r} \) wobei \( M \) die Masse des Zentralkörpers und \( r \) der Abstand ist. Diese Größen werden in der Physik verwendet, um die Wirkung der Gravitation zu beschreiben und zu messen.

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Die Beschleunigung \( a \) berechnest du mit der Formel: \[ a = \frac{\Delta v}{\Delta t} \] Dabei ist \(\Delta v = 3\,\text{m/s} - 0\,\text{m/s} = 3\,\text{m/s}\) \(\Delta t = 4\,\text{s}\) Al... [mehr]

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Die Beschleunigung \( a \) berechnest du mit der Formel: \[ a = \frac{\Delta v}{\Delta t} \] Dabei ist \(\Delta v = 3\,\text{m/s} - 0\,\text{m/s} = 3\,\text{m/s}\) \(\Delta t = 4\,\text{s}\) Also: \[ a = \frac{3\,\text{m/s}}{4\,\text{s}} = 0{,}75\,\text{m/s}^2 \] Die Beschleunigung beträgt also **0,75 m/s²**.

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Raumzeitkrümmung ist ein zentrales Konzept der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein. Sie beschreibt, wie Masse und Energie das Gefüge von Raum und Zeit beeinflussen. Ste... [mehr]

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Raumzeitkrümmung ist ein zentrales Konzept der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein. Sie beschreibt, wie Masse und Energie das Gefüge von Raum und Zeit beeinflussen. Stell dir die Raumzeit wie ein gespanntes, elastisches Tuch vor. Legst du eine schwere Kugel (z.B. einen Planeten) auf das Tuch, entsteht eine Delle. Diese Delle entspricht der Krümmung der Raumzeit. Bewegt sich nun eine kleinere Kugel (z.B. ein Satellit) in die Nähe der Delle, wird ihre Bahn durch die Krümmung abgelenkt – so wie es bei der Gravitation beobachtet wird. Das bedeutet: Schwerkraft ist keine unsichtbare Kraft, die zwischen zwei Körpern wirkt, sondern das Ergebnis der gekrümmten Raumzeit. Große Massen wie Sterne oder Planeten krümmen die Raumzeit so stark, dass andere Objekte in ihrer Nähe auf gekrümmten Bahnen (sogenannten Geodäten) um sie herum bewegt werden. Zusammengefasst: Raumzeitkrümmung erklärt, warum Massen sich gegenseitig anziehen – sie bewegen sich entlang der durch Masse und Energie gekrümmten Raumzeit.

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Beide Theorien – Newtons Gravitation und Einsteins Raumzeitkrümmung – beschreiben die Gravitation, aber auf unterschiedliche Weise und mit unterschiedlicher Genauigkeit. **Newtons Gr... [mehr]

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Beide Theorien – Newtons Gravitation und Einsteins Raumzeitkrümmung – beschreiben die Gravitation, aber auf unterschiedliche Weise und mit unterschiedlicher Genauigkeit. **Newtons Gravitation** (Klassische Mechanik): Isaac Newton beschrieb die Gravitation als eine unsichtbare Kraft, die zwischen zwei Massen wirkt. Die Stärke dieser Kraft hängt von den Massen und dem Abstand zwischen ihnen ab. Diese Theorie funktioniert sehr gut für viele alltägliche Anwendungen, wie die Bewegung von Planeten im Sonnensystem. **Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie** (Raumzeitkrümmung): Albert Einstein zeigte, dass Gravitation keine Kraft im klassischen Sinn ist, sondern eine Folge der Krümmung der Raumzeit durch Massen und Energie. Große Massen „verbiegen“ die Raumzeit, und andere Objekte bewegen sich auf den dadurch bestimmten Bahnen. Diese Theorie erklärt Phänomene, die Newtons Theorie nicht erklären kann, wie z.B. die Ablenkung von Licht durch Schwerkraft (Gravitationslinsen) oder die genaue Umlaufbahn des Planeten Merkur. **Fazit:** Newtons Theorie ist eine sehr gute Näherung für schwache Gravitationsfelder und niedrige Geschwindigkeiten. Die Allgemeine Relativitätstheorie ist jedoch die genauere und umfassendere Beschreibung der Gravitation und wird heute als „richtig“ im Sinne der modernen Physik angesehen. In der Praxis wird aber oft noch Newton verwendet, weil es einfacher ist und in vielen Fällen ausreicht. Mehr Infos zur Allgemeinen Relativitätstheorie: https://de.wikipedia.org/wiki/Allgemeine_Relativit%C3%A4tstheorie Mehr Infos zur Newtonschen Gravitation: https://de.wikipedia.org/wiki/Newtonsches_Gravitationsgesetz

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Photonen sind tatsächlich masselos, besitzen also keine Ruhemasse. Dennoch werden sie durch Gravitation beeinflusst, weil Gravitation nach der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Eins... [mehr]

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Photonen sind tatsächlich masselos, besitzen also keine Ruhemasse. Dennoch werden sie durch Gravitation beeinflusst, weil Gravitation nach der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein nicht einfach eine Kraft zwischen Massen ist, sondern eine Krümmung der Raumzeit selbst. Laut Einstein bewegen sich alle Objekte – auch masselose wie Photonen – immer entlang der sogenannten Geodäten, also der "geradesten" möglichen Linien in der gekrümmten Raumzeit. Wenn also ein massereiches Objekt wie ein Stern oder ein schwarzes Loch die Raumzeit krümmt, wird auch der Weg eines Photons entsprechend "gebogen". Das bekannteste Beispiel dafür ist die Ablenkung von Licht durch die Sonne, was 1919 bei einer Sonnenfinsternis erstmals beobachtet wurde. Zusammengefasst: Photonen werden nicht durch eine Kraft im klassischen Sinn beeinflusst, sondern folgen einfach dem Verlauf der gekrümmten Raumzeit – und das gilt für alles, egal ob mit oder ohne Masse.

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Um die Beschleunigung zu berechnen, wenn du die Position zu drei unterschiedlichen Zeitpunkten hast, kannst du die folgenden Schritte befolgen: 1. **Positionen und Zeiten festlegen**: Nenne die Posit... [mehr]

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Um die Beschleunigung zu berechnen, wenn du die Position zu drei unterschiedlichen Zeitpunkten hast, kannst du die folgenden Schritte befolgen: 1. **Positionen und Zeiten festlegen**: Nenne die Positionen \( s_1 \), \( s_2 \) und \( s_3 \) zu den Zeitpunkten \( t_1 \), \( t_2 \) und \( t_3 \). 2. **Geschwindigkeit berechnen**: Berechne die Geschwindigkeiten zwischen den Zeitpunkten: - \( v_{12} = \frac{s_2 - s_1}{t_2 - t_1} \) (Geschwindigkeit zwischen \( t_1 \) und \( t_2 \)) - \( v_{23} = \frac{s_3 - s_2}{t_3 - t_2} \) (Geschwindigkeit zwischen \( t_2 \) und \( t_3 \)) 3. **Beschleunigung berechnen**: Berechne die Beschleunigung, indem du die Änderung der Geschwindigkeit über die Zeit betrachtest: - \( a = \frac{v_{23} - v_{12}}{t_3 - t_1} \) Diese Formel gibt dir die durchschnittliche Beschleunigung zwischen den Zeitpunkten \( t_1 \) und \( t_3 \). Achte darauf, dass die Zeitintervalle gleichmäßig sind, um genauere Ergebnisse zu erhalten.

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Die gleichmäßig beschleunigte Bewegung beschreibt eine Bewegung, bei der sich die Geschwindigkeit eines Körpers in gleichmäßigen Zeitintervallen um den gleichen Betrag ä... [mehr]

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Die gleichmäßig beschleunigte Bewegung beschreibt eine Bewegung, bei der sich die Geschwindigkeit eines Körpers in gleichmäßigen Zeitintervallen um den gleichen Betrag ändert. Ein klassisches Beispiel ist ein Auto, das gleichmäßig beschigt. Stellen wir uns vor, ein Auto startet aus dem Stand und beschleunigt gleichmäßig mit einer Beschleunigung von 2 m/s². Hier sind die Schritte, um die Bewegung zu analysieren: 1. **Startbedingungen**: - Anfangsgeschwindigkeit (v₀): 0 m/s (das Auto steht still) - Beschleunigung (a): 2 m/s² - Zeit (t): 0 bis 5 Sekunden 2. **Berechnung der Geschwindigkeit**: Die Geschwindigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt kann mit der Formel v = v₀ + a * t berechnet werden. - Nach 1 Sekunde: v = 0 + 2 * 1 = 2 m/s - Nach 2 Sekunden: v = 0 + 2 * 2 = 4 m/s - Nach 3 Sekunden: v = 0 + 2 * 3 = 6 m/s - Nach 4 Sekunden: v = 0 + 2 * 4 = 8 m/s - Nach 5 Sekunden: v = 0 + 2 * 5 = 10 m/s 3. **Berechnung der zurückgelegten Strecke**: Die zurückgelegte Strecke kann mit der Formel s = v₀ * t + 0,5 * a * t² berechnet werden. - Nach 1 Sekunde: s = 0 * 1 + 0,5 * 2 * (1)² = 1 m - Nach 2 Sekunden: s = 0 * 2 + 0,5 * 2 * (2)² = 4 m - Nach 3 Sekunden: s = 0 * 3 + 0,5 * 2 * (3)² = 9 m - Nach 4 Sekunden: s = 0 * 4 + 0,5 * 2 * (4)² = 16 m - Nach 5 Sekunden: s = 0 * 5 + 0,5 * 2 * (5)² = 25 m 4. **Zusammenfassung**: - Nach 5 Sekunden hat das Auto eine Geschwindigkeit von 10 m/s erreicht und eine Strecke von 25 Metern zurückgelegt. Dieses Beispiel zeigt, wie sich die Geschwindigkeit und die zurückgelegte Strecke bei gleichmäßiger Beschleunigung entwickeln.