Der Freie Fall (Gewichtskraft)

Fallen Körper je nach Masse unterschiedlich schnell ? Ein „ja“ liegt nahe, wenn man daran denkt, dass Papierschnipsel deutlich langsamer fallen als Steine.

Ein fallendes Stück Papier wird jedoch auffällig von der Luft in seinem Verhalten beeinflusst und es liegt die Vermutung nahe, dass sein langsameres Fallen auf den Luftwiderstand zurückzuführen ist, der sich bei ihm stärker auswirkt als bei einem Stein. Fallversuche in einer luftleeren Röhre bestätigen diese Vermutung und so kann man sagen: Alle Körper fallen im luftleeren Raum gleich schnell.

Ist die Fallbewegung gleichförmig beschleunigt?

Zur Beantwortung dieser Frage dient die in der Abb. 1skizzierte Versuchsanordnung. Ein 5 kg schwerer Metallzylinder K spult während seines Falls einen Faden von der Welle eines Dynamos (Tachogenerator ) ab. Hierbei erzeugt dieser Dynamo einen elektrischen Strom, dessen Stärke der Geschwindigkeit proportional ist. Die Masse von K ist so gewählt, dass sich die hemmende Kraft des Dynamos nicht merkbar auswirkt. Während des Falls wird die Stromstärke des Dynamos in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Es entsteht ein lineares

Abb.1

Diagramm. Den Stromstärken werden die entsprechenden Geschwindigkeiten v zugeordnet. Aus dem gegebenen Diagramm wird so ein v-t-Diagramm. Die Steigung v / t = a ist die Beschleunigung. 9,8 m/s² kann abgelesen werden. Genauere Messungen ergeben für die ortsabhängige Fallbeschleunigung g den Wert 9,81 m/s².

Aus v = g· t folgt: s = ( g / 2 ) · t² Galileis Fallgesetz

Die von der Erde ausgeübte Kraft heißt Gewichtskraft F_G. F_G = m · a = m · g ist der Masse proportional, denn g ist nicht von der Masse abhängig. Auf einen Körper der Masse 1kg wirkt die Kraft F = 1 kg · 9,81 m/s² = 9,81 N.