Warum fallen Gegenstände gleich schnell?

Warum fallen Gegenstände im Vakuum gleich schnell?

Wenn Sie einen Stein und eine Feder loslassen, fallen sie in der Regel nicht mit der gleichen Geschwindigkeit. Dies liegt daran, dass der Stein eine größere Masse hat als die Feder, was bedeutet, dass er stärker durch die Schwerkraft angezogen wird. Allerdings gibt es einen Ort, an dem alle Gegenstände unabhängig von ihrer Masse mit der gleichen Geschwindigkeit fallen: das Vakuum.

Ein Vakuum ist ein Bereich, der keine Luft oder andere Materie enthält. Wenn ein Gegenstand in einem Vakuum fällt, gibt es nichts, was seinem Sturz im Wege stehen könnte. Dadurch kann er mit seiner vollen Beschleunigung fallen, die durch die Schwerkraft bestimmt wird.

Die Beschleunigung durch die Schwerkraft ist für alle Gegenstände gleich, unabhängig von ihrer Masse. Dies liegt daran, dass die Schwerkraft eine Anziehungskraft ist, die zwischen allen Objekten mit Masse wirkt. Die Stärke dieser Anziehungskraft hängt von der Masse der Objekte und dem Abstand zwischen ihnen ab.

In einem Vakuum wird die Beschleunigung durch die Schwerkraft durch die folgende Gleichung beschrieben:

g = GM/r^2

Dabei ist:

• g die Beschleunigung durch die Schwerkraft
• G die Gravitationskonstante (6,674 × 10^-11 m³ kg^-1 s^-2)
• M die Masse des anziehenden Objekts (in diesem Fall der Erde)
• r der Abstand zwischen dem fallenden Objekt und dem anziehenden Objekt

Wie Sie sehen können, hängt die Beschleunigung durch die Schwerkraft nur von der Masse des anziehenden Objekts und dem Abstand zwischen den Objekten ab. Sie hängt nicht von der Masse des fallenden Objekts ab.

Dies bedeutet, dass alle Gegenstände im Vakuum mit der gleichen Beschleunigung fallen. Diese Beschleunigung wird als Fallbeschleunigung bezeichnet und beträgt auf der Erde etwa 9,8 m/s².

Luftwiderstand

In der realen Welt fallen Gegenstände nicht immer mit der gleichen Geschwindigkeit. Dies liegt daran, dass die Luft einen Widerstand gegen die Bewegung von Objekten ausübt. Dieser Widerstand wird als Luftwiderstand bezeichnet.

Der Luftwiderstand hängt von der Form, Größe und Geschwindigkeit des fallenden Objekts sowie von der Dichte der Luft ab. Je größer und schneller das Objekt ist, desto größer ist der Luftwiderstand. Je dichter die Luft ist, desto größer ist ebenfalls der Luftwiderstand.

Der Luftwiderstand wirkt gegen die Beschleunigung durch die Schwerkraft, sodass Gegenstände in der realen Welt nicht mit ihrer vollen Beschleunigung fallen können. Die Geschwindigkeit eines fallenden Objekts wird durch den Luftwiderstand begrenzt.

Wenn die Geschwindigkeit eines fallenden Objekts die Grenzgeschwindigkeit erreicht, wirken die Beschleunigung durch die Schwerkraft und der Luftwiderstand einander entgegen. Dadurch fällt das Objekt mit einer konstanten Geschwindigkeit.

Die Grenzgeschwindigkeit hängt vom Objekt und der Dichte der Luft ab. Für die meisten Objekte auf der Erde beträgt die Grenzgeschwindigkeit etwa 50 km/h.