Beschleunigung im freien Fall?

Guten Tag,

In der letzten Nacht beschäftigte ich mich mit etwas, was womöglich banal klingen mag, jedoch bedarft es hierbei an Hilfe für mich.

Seit einiger Zeit betreibe ich einen Sport bei dem man viel von höheren auf tiefere Ebenen fällt (wie auch sonst). Mittlerweile bin ich in der Lage von etwa 4 Metern herabzufallen, ohne Verletzungen davonzutragen. (Natürlich mit der entsprechenden Technik)

Meine Frage lautet nun, weshalb kann ich von 4 Metern Höhe fallen ohne verletzt zu werden aber nicht von einem Hochhaus springen, ohne, dass ich sterbe?

Ich betrieb schon etwas selbstrecherche und fand heraus, dass es eine Formel für den freien Fall gibt. Diese lautet, dass ein Objekt (oder Subjekt) in einem Luftleeren Raum 9,81 Meter in der Sekunge² fällt, was heißt, soweit ich das verstehe ein Objekt etwa 10 Meter in einer Sekunde fällt (Oder?).
Es heißt jedoch in einem Luftleeren Raum, also ohne Luftwiderstand.

Beschleunige ich also im Flug? Und woran liegt das? An der Annäherung des Erdkerns, der ja bekanntlich die Gravitation auf uns ausübt? Heißt das dann, dass weiter oben weniger Erdanziehung herrscht?

Meine konkrete Bitte ist nun, dass sich jemand herablassen könnte, um mir das zu erklären, in vollem Bewusstsein wie blöd diese Frage klingen mag.
Es wäre mir eine ungeheure Hilfe, denn diese Frage zermümt mich psychisch.

Vielen Dank im voraus.

Meine Frage lautet nun, weshalb kann ich von 4 Metern Höhe
fallen ohne verletzt zu werden aber nicht von einem Hochhaus
springen, ohne, dass ich sterbe?

Weil das Hochhaus ja auch viel höher ist als 4 Meter und du deshalb auch mit einer höheren Geschwindigkeit aufkommst als nur bei 4 m.
Es gibt eine Gleichung h=0.5*9.81*t² und v=9.81*t.
Mit h als Höhe und t als Zeit und v als Geschwinigket.
Man sieht je größer die Höhe, desto länger fällt man und desto größer die Geschwindigkeit.

Es heißt jedoch in einem Luftleeren Raum, also ohne
Luftwiderstand.

Genau, die oberen Gleichungen stimmen nur im luftleeren Raum, weil die Luftreibung ja permanent bremst. Aber auf so kurzen Distanzen gelten die obigen Gleichungen ganz gut.

Beschleunige ich also im Flug? Und woran liegt das? An der
Annäherung des Erdkerns, der ja bekanntlich die Gravitation
auf uns ausübt? Heißt das dann, dass weiter oben weniger
Erdanziehung herrscht?

Genau, auf dich wirkt permanent die Gewichtskraft, weil dich die Erde anzieht mit der Gravitationskraft. Wenn der Boden dich nicht halten würde, dann würdest du auf den Erdkern zustürzen.
Die Kraft ist abhängig vom Abstand zum Erdmittelpunkt. Aber wenn du nur ein paar Meter oberhalb der Erdoberfläche bist, die Unterschiede nicht allzu groß sind und 4 meter ist kein nenneswerter Unterschied, dann kann man die Kraft als konstant ansehen und zwar beschleunigt sie dich mit den von dir genannten ca. 9.81m/s².

Beschleunige ich also im Flug?

Ja.

Und woran liegt das? An der
Annäherung des Erdkerns, der ja bekanntlich die Gravitation
auf uns ausübt?

Es liegt nicht an der Annäherung, sondern schlicht daran, dass Du und die Erde beide eine Masse besitzt. Massen ziehen sich an - zwischen ihnen wirkt die sog. Gewichtskraft. Das wirken dieser Kraft beschleunigt dich (und auch die Erde).

Heißt das dann, dass weiter oben weniger
Erdanziehung herrscht?

Das ist korrekt, hat aber nichts direkt mit der Beschleunigung zu tun. Die Stärke der Kraft nimmt mit dem Quadrat zum Abstand ab. D.h., wenn du den doppelten Abstand zwischen zwei Körper bringst, dann viertelt sich die Anziehungskraft zwischen den beiden Körpern.

Sobald eine Kraft wirkt (und die Körper nicht fixiert sind), dann beschleunigen sie. Dazu braucht einfach nur eine (konstante) Kraft zu wirken. Tatsächlich wird ja bei einem Fallenden Körper der Abstand zur Erde während des Fallens auch kleiner, damit nimmt die Kraft etwas zu und mithin auch die Beschleunigung. Der Effekt ist aber sehr klein. An der Erdoberfläche ist der „Abstand“ mit dem hier gerechnet wird, nämlich nicht Null, sondern so groß wie der Erdradius, also etwa 6300 km. Wenn du also aus 100m fällst, so ändert sich dein Abstand zum Erdmittelpunkt nur um 0,0016%, das ist praktisch nix. Daher ist die Angabe von 9,81 m/s² eine gute und gültige Angabe der wirkenden Kraft. Das besagt, dass ein Körper, der eine Sekunde lang fällt, seine Geschwindigkeit um 9,81 m/s erhöht. Fällt er zwei Sekunden, so wird er 2x9,81 = 19,82 m/s schneller (untrer Vernachlässigung des Luftwiderstandes, versteht sich).

Bei der Erde kommt dann noch eine Kleinigkeit hinzu: Die Erde dreht sich. Duch diese Drehung werden Dinge auf der Erde eigentlich vom Mittelpunkt weggeschleudert. Die Entsprechende Kraft, die diese nach außen gerichtete Beschleunigung erzeugt, nennt man Zentrifugalkraft (vgl. Zentrifuge!) oder Fliehkraft.

Die Anziehungskraft, die wir hier spüren, ist die Summe aus der durch die Erdmasse verursachten Gewichtskraft und der durch die Erddrehung veursachten Zentrifugalkraft. In einer Höhe von 36000km über der Erde heben sich diese beiden Kräfte genau auf. In dieser Entfernung liegen die sog. geostationären Umlaufbahnen, wo viele Satelliten kreisen, die immer über demselben Punkt über der Erden bleiben sollen. Diese Satelliten sind wegen des Kräftegleichgewichts in der Schwebe. Bei niedrigereren Umlaufbahnen muss ein Satellit schneller um die Erde kreisen, als sich die Erde dreht, damit die Fliehkraft die Anziehungskraft ausgleicht.

VG
Jochen

Guten Abend,

diese Frage zermümt mich psychisch.

Wünsche Dir eine gesundes Neues Jahr!

Hossa :smile:

Meine Frage lautet nun, weshalb kann ich von 4 Metern Höhe
fallen ohne verletzt zu werden aber nicht von einem Hochhaus
springen, ohne, dass ich sterbe?

Die Geschwindigkeit v, mit der du am Boden aufkommst, verdoppelt sich, wenn sich die Fallhöhe h vervierfacht!

Genauer gilt mit der Erdbeschleunigung g:

v=\sqrt{2gh}

Setzt man den Wert g=9.81 m/s² für die Erdbeschleunigung an der Erdoberfläche ein, kann man die Formel weiter ausrechnen:

v=4.43\sqrt{h},\frac{\mbox{m}}{\mbox{s}}

Darin musst du die Fallhöhe h in Metern einsetzen. Du erhälst dann die Landegeschwindigkeit in Metern pro Sekunde. Diese kannst du in km/h umrechnen, wenn du das Ergebnis mal 3.6 nimmst. Bei einem Sprung aus h=4m Höhe ist deine Geschwindigkeit also gleich:

v=4.43\sqrt{4},\frac{\mbox{m}}{\mbox{s}}=8.86\frac{\mbox{m}}{\mbox{s}}=31.9\frac{\mbox{km}}{\mbox{h}}

Allein schon für den Sprung aus 4m Höhe brauchst du ja eine bestimmte Technik, um dich nicht zu verletzen. Dabei ist die Aufprallgeschwindigkeit nur doppelt so hoch wie bei einem Sprung aus 1m Höhe, den eigentlich jeder Mensch ohne Probleme übersteht.

Beim Sprung aus einem Hochhaus mit h=100m Höhe wäre deine Aufprallgeschwindigkeit etwa:

v=4.43\sqrt{100},\frac{\mbox{m}}{\mbox{s}}=44.3\frac{\mbox{m}}{\mbox{s}}=159\frac{\mbox{km}}{\mbox{h}}

Der reale Wert wird niedriger liegen, weil die Luftreibung beim Fall aus großen Höhen die Fall-Geschwindigkeit bremst. Trotzdem denke ich nicht, dass es eine bestimmte Lande-Technik gibt, um diese Geschwindigkeit zu überleben.

Ich betrieb schon etwas selbstrecherche und fand heraus, dass
es eine Formel für den freien Fall gibt. Diese lautet, dass
ein Objekt (oder Subjekt) in einem Luftleeren Raum 9,81 Meter
in der Sekunge² fällt,

Die Fall-Geschwindigkeit v nimmt pro Sekunde um 9.81m/s beziehungsweise um 35.3km/h [Umrechnungsfaktor ist 3.6] zu.

was heißt, soweit ich das verstehe ein
Objekt etwa 10 Meter in einer Sekunde fällt (Oder?).

Nein. Die Geschwindigkeit ist ja erst nach 1 Sekunde auf 9.81m/s angewachsen. Davor war sie geringer! Du musst daher mit der Durchschnitts-Geschwindigkeit rechnen. Diese ist gleich der halben Maximal-Geschwindigkeit [weil die Erdbeschleunigung g=9.81m/s² konstant ist]. Nach 1s bist du also nur 4.9m tief gefallen.

Es heißt jedoch in einem Luftleeren Raum, also ohne
Luftwiderstand. Beschleunige ich also im Flug?

Genau, bei Sprüngen aus großer Höhe bremst der Luftwiderstand den Fall ab. Konkret vervierfacht sich der Luftwiderstand, wenn sich die Fall-Geschwindigkeit verdoppelt. Fallschirmspringer werden etwa 7 Sekunden lang beschleunigt, bis sie ihre Endgeschwindigkeit von etwa 200km/h erreicht haben (wenn sie die stabile, liegende Fallhaltung einnehmen).

Und woran liegt das? An der
Annäherung des Erdkerns, der ja bekanntlich die Gravitation
auf uns ausübt? Heißt das dann, dass weiter oben weniger
Erdanziehung herrscht?

Ja, das heißt es. Die Erdbeschleunigung g=9.81m/s² ist eine zusammengesetzte Konstante:

g=G\frac{M}{R^2}

Darin ist G die allgemeine Gravitationskonstante, M die Masse der Erde und R der Abstand vom Erdmittelpunkt. In einer Höhe von 6370km (Erdradius) ist die Erdanziehung nur noch 1/4 so stark wie an der Erdoberfläche.

Viele Grüße

Hasenfuß

Euch allen vielen Dank. Das hilft mir ungemein weiter. Besonders das von „Hasenfuß“. Meine Neugier ist zwar nicht gestillt, sondern nur noch mehr entfacht worden aber ich danke Euch allen herzlich für Euer bemühen.

liebe Grüße, Sakuraheart.

Sehr interessante Formeln. Damit kann ich gewiss etwas angeben :wink:
Hab vielen Dank dafür, Hasenfuß.

Nun stellt sich mir erneut eine Frage. Gerade wandte ich diese Formel an und errechnete, dass bei 1000 Metern Höhe meine Aufprallgeschwindigkeit etwa 504 km/h beträgt.

Ist das richtig? Hört die Beschleunigung nicht irgendwann auf? Oder ist sie tatsächlich durchgehend konstant?
Und wenn es tatsächlich irgendwann stopt, weshalb ist das so?

liebe Grüße, Sakuraheart.

Hossa Sakuraheart :smile:

Nun stellt sich mir erneut eine Frage. Gerade wandte ich diese
Formel an und errechnete, dass bei 1000 Metern Höhe meine
Aufprallgeschwindigkeit etwa 504 km/h beträgt.

Das ist theoretisch richtig, wenn es keine Erdatmosphäre gäbe. Die Luftreibung bremst sehr stark. Daher habe ich das Beispiel mit dem Fallschirmspringer gebracht. Seine Maximalgeschwindigkeit (liegend) beträgt etwa 200km/h.

Ist das richtig? Hört die Beschleunigung nicht irgendwann auf?
Oder ist sie tatsächlich durchgehend konstant?

Wenn es keine Reibung in der Atmosphäre gäbe, würdest du tatsächlich so lange beschleunigt, bis du am Erdboden aufprallst. Auf dem Mond z.B. würdest du durchgehend schneller, allerdings ist dort die Anziehungskraft deutlich geringer als auf der Erde.

Und wenn es tatsächlich irgendwann stopt, weshalb ist das so?

Wenn du fällst, musst du die Luftteilchen unter dir erstmal verdrängen. Wenn du jedoch zu schnell fällst, können die Luftmoleküle nicht mehr schnell genug zur Seite ausweichen. Unter dir bildet sich dann ein Luftpolster. Dieses bremst dich permanent ab, so dass du nach etwa 7 Sekunden im freien Fall nicht mehr schneller wirst.

liebe Grüße, Sakuraheart.

Viele Grüße

Hasenfuß

Katzen fallen besser
nur so als interessante zuatzinformation:

eine Katze fällt nie schneller, als wenn man sie aus dem 8. stock werfen würde, weil ab dieser höhe die Beschleunigung durch die Reibung kompensiert wird, durch ihr geringes gewicht und die gute körperhaltung. Also auch aus 1000m fällt eine Katze nicht schneller als aus dem 8.Stock.

Hallo,

eine Katze fällt nie schneller, als wenn man sie aus dem 8.
stock werfen würde, weil ab dieser höhe die Beschleunigung
durch die Reibung kompensiert wird, durch ihr geringes gewicht
und die gute körperhaltung. Also auch aus 1000m fällt eine
Katze nicht schneller als aus dem 8.Stock.

Außer, wenn man ihr ein Butterbrot mit der Marmeladenseite nach oben auf den Rücken schnallt.

Ich halte nichts von derartigen Geschichten. Niemand hat es tatsächlich versucht, eine Katze aus 1000m Höhe zu werfen und die Geschwindigkeit gemessen. Was für einen Beleg gibt es also, dass Deine Behauptung der Realität auch nur annähernd entspricht?
Gruß
loderunner

Hi,

Außer, wenn man ihr ein Butterbrot mit der Marmeladenseite
nach oben auf den Rücken schnallt.

Das sollte man auf gar keinen Fall tun!
http://www.youtube.com/watch?v=D_AGrgUB1UI

Gruß S

Ich halte nichts von derartigen Geschichten. Niemand hat es
tatsächlich versucht, eine Katze aus 1000m Höhe zu werfen und
die Geschwindigkeit gemessen. Was für einen Beleg gibt es
also, dass Deine Behauptung der Realität auch nur annähernd
entspricht?

naja, solche dinge kann man erstaunlich gut berechnen ohne die entsprechenden experimente. Leider kann ich dir Keine Quelle nennen, aber wir haben dies Damals in unserer Physikvorlesung selbst durchgerechnet und der Professor betonte, dass diese Werte nicht von ihm ausgedacht sondern reale messergebnisse sind. Man weiß wie die Katzen aus niedrigeren Höhen fallen und kann dann den durchschnittlichen Luftwiderstand berechnen. Dann kann man anhand von gewicht und luftwiderstand gleichsetzen, bei welcher Geschwindigkeit die Reibung die beschleunigung durch die Erdanziehung ausgleicht. Dann kann man ausrechnen ab welcher Höhe diese Geschwindigkeit erreicht wird.

Hallo,

Man weiß wie die Katzen aus niedrigeren Höhen fallen und
kann dann den durchschnittlichen Luftwiderstand berechnen.

Nein. Luftwiderstand wird auch bei Katzen immer noch gemessen und nicht berechnet. Niemand hat momentan die Rechenleistung, ein Katzenfell infinitesimal bei der Berechnung des Luftwiderstandes zu berücksichtigen.
Damals schon gleich zweimal nicht.
Und eine Katze im Windkanal in Fallposition gemessen kann ich mir auch nicht wirklich vorstellen. Vielleicht eine ausgestopfte? Aber verhält die sich wirklich gleich?
Gruß
loderunner