Warum ist man beim freien Fall schwerelos?

Schwerelosigkeit im freien Fall: Warum wir uns in der Luft leicht fühlen

Schwerelosigkeit ist ein Zustand, in dem ein Objekt keine Beschleunigung in Bezug auf seine Umgebung erfährt. Dies kann erreicht werden, indem man den Einfluss der Schwerkraft beseitigt oder aufhebt, was zu einem Gefühl der Leichtigkeit und Bedeutungslosigkeit führt.

Aufheben der Schwerkraft

Die Schwerkraft ist eine anziehende Kraft zwischen allen Objekten mit Masse. Je größer die Masse eines Objekts, desto stärker ist seine Anziehungskraft. Auf der Erde erleben wir die Schwerkraft als unser Gewicht, das uns nach unten zieht.

Um Schwerelosigkeit zu erreichen, muss diese anziehende Kraft aufgehoben oder ausbalanciert werden. Dies kann erreicht werden durch:

• Freier Fall: Wenn ein Objekt wie ein Fallschirmspringer oder ein Flugzeug aus großer Höhe fällt, wird es beschleunigt in Richtung der Erde. Diese Beschleunigung ist jedoch nicht auf das Objekt selbst zurückzuführen, sondern auf die Gravitationskraft der Erde. Wenn die Beschleunigung des Objekts genau der Beschleunigung der Erde entspricht, erfährt es keine Nettobeschleunigung und somit Schwerelosigkeit.
• Umlaufbahn: Objekte, die sich in einer Umlaufbahn um die Erde befinden, wie z. B. Satelliten oder die Internationale Raumstation, erleben ebenfalls Schwerelosigkeit. Das liegt daran, dass sie sich mit einer ausreichenden Geschwindigkeit bewegen, um der Erdanziehungskraft entgegenzuwirken. Ihre Beschleunigung aufgrund ihrer Kreisbewegung gleicht die Beschleunigung der Erde auf sie aus.
• Neutrales Umgebungsgewicht: Ein idealisierter Punkt im Raum, frei von äußeren Kräften, würde ebenfalls eine Schwerelosigkeit ermöglichen. An einem solchen Ort würde keine anziehende Kraft wirken, die Beschleunigung auf das Objekt ausübt.

Schwerelosigkeit im freien Fall

Wenn ein Mensch aus einem Flugzeug springt und im freien Fall ist, erlebt er eine Art scheinbare Schwerelosigkeit. Das liegt daran, dass er sich mit der gleichen Beschleunigung wie die Umgebung beschleunigt wird.

• Beschleunigung durch die Schwerkraft: Die Schwerkraft der Erde zieht den Fallschirmspringer nach unten und bewirkt eine Beschleunigung in Richtung der Erdoberfläche.
• Beschleunigung durch den Luftwiderstand: Der Luftwiderstand, der durch die Bewegung des Fallschirmspringers durch die Luft entsteht, wirkt ihm entgegen und bewirkt eine Beschleunigung nach oben.
• Ausgleichende Beschleunigungen: In der Anfangsphase des freien Falls ist die Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft stärker als die aufgrund des Luftwiderstands. Im Laufe der Zeit nimmt der Luftwiderstand jedoch zu und die Beschleunigung wird auf Null reduziert. An diesem Punkt erfahren der Fallschirmspringer und seine Umgebung die gleiche Beschleunigung, was zu einem Zustand der Schwerelosigkeit führt.

Somit ist Schwerelosigkeit im freien Fall ein Ergebnis des Ausgleichs zwischen der Gravitationskraft der Erde und der Widerstandskraft der Umgebung. Dieser Zustand ermöglicht es Menschen, sich mühelos durch die Luft zu bewegen und ein Gefühl der Leichtigkeit und Freiheit zu erleben.