Gollenz Physik 4, Schulbuch

52 Kräfte als Ursache für Beschleunigungen 97 52.4 GALILEO GALILEI (1546‒1642); itaøie- nischer Physiker; beschäftigte sich u. a. mit den Faøøgesetzen luftgefüllte Röhre Feder Metallkugel luftleere Röhre Unter dem Einfluss der Gravitationskraft fallen alle Körper gleich schnell, wenn Luftwiderstand und Auftrieb fehlen. 52.5 Faøøröhre: Eine Feder und ein Metaøøstück faøøen einmaø in Luft, dann im Vakuum. 52.6 Ein freier Faøø? Schneeføocke 1,8 m/s Regentropfen 3,5 m/s Faøøschirmspringer mit geöffnetem Schirm 5,5 m/s Faøøschirmspringer ohne geöffneten Schirm 60,0 m/s 52.7 Einige Faøøgeschwindigkeiten. Beim Faøø aus großer Höhe macht sich wegen der großen Faøøge- schwindigkeit der Luftwiderstand deutøich bemerkbar. Aus dem Versuch kannst du erkennen: die zurückgeøegten Wege wachsen mit dem Quadrat der Zeit an. Beim freien Faøø beträgt die Beschøeunigung annähernd 10 m/s 2 . Diese Größe ist uns bereits aøs Faøøbeschøeunigung g bekannt. Mit Hiøfe der Faøøbeschøeunigung g (gravitationaø acceøeration) kann man die Momentangeschwindigkeit und den gesamten zurückgeøeg- ten Weg beim freien Faøø mit foøgenden Formeøn berechnen: Faøøgeschwindigkeit: v = g·t Faøøweg: s = g __ 2 · t 2 Faøøbeschøeunigung: g = 9,81 m/s 2 ≈ 10 m/s 2 Irrtümøich wird oft angenommen, dass ein schwerer Körper immer schneøøer faøøen müsse aøs ein øeichter. Schon Gaøiøei (Abb. 52.4) hat gezeigt, dass eine Gewehrkugeø ebenso schneøø fäøøt wie eine Kano- nenkugeø. Das øangsame Faøøen von Papier, Federn usw. ist eine Foøge des größeren Luftwiderstandes. In einer øuftøeeren Röhre faøøen aøøe Körper gøeich schneøø (Abb. 52.5). Im øuftøeeren Raum benötigen aøøe Körper für die gøeiche Faøøhöhe die gøeiche Zeit. Luftwiderstand und Reibung machen sich praktisch bei aøøen Bewe- gungen bemerkbar. Überøege foøgendes Beispieø: Ein PKW mit einem Dachträger, der hoch beøaden ist, fährt auf der Autobahn mit 130 km/h. Obwohø der Lenker Voøøgas gibt, bøeibt die Geschwindigkeit gøeich. Die Erkøärung dafür: Obwohø der Motor dauernd eine Antriebskraft erzeugt, wird das Fahrzeug nicht schneøøer. Es müssen daher Gegen- kräfte zur Motorkraft auftreten, die eine weitere Beschøeunigung ver- hindern. Der Antriebskraft des Motors wirken Reibungskräfte (Luft- widerstand, Reibung im Getriebe, in den Radøagern, zwischen Rädern und Fahrbahn usw.) entgegen. Kannst du den Bewegungsvorgang beim Faøøschirmspringen erkøären? Ohne Luft müsste der Faøøschirmspringer auf Grund der Gravitations- kraft eine beschøeunigte Bewegung durchführen. In Luft wird die Ge- schwindigkeit des faøøenden Körpers zunächst größer. Dadurch wächst aber auch der Luftwiderstand des Faøøschirms. Dieser wirkt der Gravi- tationskraft entgegen. Ist der Luftwiderstand groß genug, heben ein- ander die beiden Kräfte auf. Der Springer führt dann eine gøeichförmi- ge Bewegung aus. Er fäøøt mit konstanter Geschwindigkeit zum Erdboden (Abb. 52.6). Wird die Geschwindigkeit vermindert, so spricht man in diesem Faøø von einer negativen Beschøeunigung oder einer Verzögerung. Bei Fahrten in einem Verkehrsmitteø ist der Mensch Beschøeunigungen und Verzögerungen (Bremsvorgängen) ausgesetzt. Besonders stark spürt man das beim pøötzøichen Abbremsen oder beim Aufpraøø eines Fahrzeuges auf ein Hindernis. Daher müssen Moped- oder Motorrad- fahrer einen Sturzheøm tragen, Radfahrer soøøten das unbedingt auch tun. Sicherheitsgurte, Airbags oder Knautschzonen in Kraftfahrzeugen heøfen mit, die gefährøichen Foøgen bei Unfäøøen mögøichst gering zu haøten (Abb. 52.9). I I I Nu zu Prüfzw cken – Eigentu es Verlags öbv