Der freie Fall: Fallen alle gleich schnell?
Ohne Luftwiderstand fallen alle Körper gleich schnell, egal wie schwer sie sind. Gewichtskraft und Trägheit gleichen sich aus.
Das lernst du heute
- Ich kann erklären, warum schwere und leichte Körper gleich schnell fallen.
- Ich kenne den Unterschied zwischen freiem Fall und Fall in Luft.
- Ich kann Geschwindigkeit und Fallstrecke abschätzen.
Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Masse und Gewichtskraft, Trägheit und Sicherheitsgurt
Lässt du einen Stein und ein flaches Blatt Papier fallen, kommt der Stein zuerst unten an. Zerknüllst du das Blatt, fallen beide fast gleichzeitig. Der Unterschied kommt von der Luft. Sie bremst das flache Blatt stark. Beim freien Fall wirkt nur die Gewichtskraft. Der Luftwiderstand fehlt oder ist so klein, dass man ihn weglässt. Dann fallen alle Körper gleich. Der Grund: Ein schwerer Körper hat eine große Gewichtskraft F_G = m · g. Aber er ist auch träge. Er braucht eine große Kraft, damit sich seine Geschwindigkeit ändert. Doppelte Masse bedeutet doppelte Gewichtskraft und doppelte Trägheit. Beides gleicht sich aus. Alle Körper werden gleich stark beschleunigt: Ihre Geschwindigkeit wächst jede Sekunde um etwa 10 m/s (genauer 9,81 m/s je Sekunde). Es gilt v = g · t und s = ½ · g · t², mit g ≈ 10 m/s². 1971 ließen Astronauten auf dem Mond einen Hammer und eine Feder fallen. Dort gibt es keine Luft. Beide kamen gleichzeitig unten an.
| Zeit t | Geschwindigkeit v = g · t | Fallstrecke s = ½ · g · t² |
|---|---|---|
| 0 s | 0 m/s | 0 m |
| 1 s | 10 m/s | 5 m |
| 2 s | 20 m/s | 20 m |
| 3 s | 30 m/s | 45 m |
| 4 s | 40 m/s | 80 m |
Fall nach 3 Sekunden
- Gegeben: t = 3 s, g = 10 m/s², kein Luftwiderstand.
- Geschwindigkeit: v = 10 · 3 m/s = 30 m/s.
- Strecke: s = ½ · 10 · 3² m = 5 · 9 m = 45 m.
- Ergebnis: Nach 3 s fällt der Körper mit 30 m/s und hat 45 m zurückgelegt.
Ich verstehe das noch nicht
Such dir aus, was dir hilft.
Noch einfacher erklärt
Ohne Luft fallen alle Körper gleich.
Schwer heißt: viel Kraft nach unten.
Schwer heißt auch: schwer in Bewegung zu bringen.
Ein Beispiel
Zwei Kugeln aus Metall fallen aus gleicher Höhe, eine mit 1 kg, eine mit 2 kg. Die schwerere wird doppelt so stark nach unten gezogen. Sie ist aber auch doppelt so träge. Darum erreichen beide gleichzeitig den Boden.
Schritt für Schritt
Du bestimmst Geschwindigkeit und Strecke im freien Fall.
- Schreibe die Zeit t auf.
- Rechne v = 10 · t.
- Rechne s = 5 · t².
- Schreibe Einheiten m/s und m.
Mit einem Bild erklärt
| Körper | Fall in Luft | Fall im Vakuum |
|---|---|---|
| Stein | schnell | schnell |
| Feder | langsam (Luftwiderstand) | genauso schnell wie der Stein |
| Hammer | schnell | genauso schnell wie die Feder |
Zur Grundlage zurück
- Masse und Gewichtskraft – Du kennst Masse und Gewichtskraft.
- Trägheit und Sicherheitsgurt – Du kennst die Trägheit.
Jetzt zusammen
Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.
Wie groß ist die Geschwindigkeit eines frei fallenden Körpers nach 3 s in m/s? (g = 10 m/s²)
Zeig mir den ersten Schritt
v = g · t.
Lösung ansehen
Lösung: 30
v = 10 · 3 m/s = 30 m/s.
Jetzt du
Jetzt probierst du es allein.
Wie weit ist ein Körper nach 4 s im freien Fall gefallen? (in m, g = 10 m/s²)
Zeig mir den ersten Schritt
s = 5 · t². 4² = 16.
Lösung ansehen
Lösung: 80
s = 5 · 16 m = 80 m.
Tipp: Die Fallstrecke wächst nicht gleichmäßig. Nach 1 s sind es 5 m, nach 2 s schon 20 m, also viermal so viel.
Merksatz: Im freien Fall fallen alle Körper gleich schnell. Mehr Masse bedeutet mehr Gewichtskraft, aber auch mehr Trägheit.
Typischer Fehler: Viele denken: Schwere Körper fallen immer schneller. Das stimmt nur in Luft, wenn der Luftwiderstand verschieden stark bremst. Ohne Luft fallen alle gleich.
Mini-Quiz
4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.
Zeig mir den ersten Schritt
Denke an F_G und an die Trägheit.
Lösung ansehen
Lösung: Mehr Masse bedeutet mehr Gewichtskraft und mehr Trägheit.
Lösung ansehen
Lösung: Stimmt nicht
Frage 3 Wie groß ist die Fallstrecke nach 2 s in m? (g = 10 m/s²)
Zeig mir den ersten Schritt
s = 5 · t².
Lösung ansehen
Lösung: 20
s = 5 · 4 m = 20 m.
Lösung ansehen
Lösung: Die Luft bremst das Blatt stärker.
Geschafft
Beim freien Fall wirkt nur die Gewichtskraft. Alle Körper fallen gleich schnell, weil große Masse sowohl große Gewichtskraft als auch große Trägheit bedeutet.
Kannst du das schon?
Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.
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