Luftwiderstand ausgetrickst

In diesem Versuch bringt man mit einem kleinen Trick ein Stück Papier dazu so schnell zu fallen wie ein Buch.

Was wird gebraucht?

Ein Buch und ein Stück Papier, das etwas kleiner ist als das Buch.

Was ist zu tun?

Man steige auf einen Stuhl oder einen Tisch, halte Buch und Papier jeweils parallel zum Boden und lasse sie dann gleichzeitig fallen. Man wiederhole den Versuch, wobei das Papier auf dem Buch liegt. Man kann das Papier auch zerknüllen und dann gleichzeitig mit dem Buch fallen lassen.

Was ist geschehen?

Im ersten Teil des Versuches fällt das Papier deutlich langsamer als das Buch, weil es durch den Luftwiderstand abgebremst wird. Im zweiten Teil des Versuches fällt das Papier im Windschatten des Buches. Der Luftwiderstand spielt keine Rolle mehr, so dass das Papier ebenso schnell fällt wie das Buch. Auch wenn man das Papier zerknüllt, fällt es deutlich schneller als im aufgefalteten Zustand. Wie schnell ein Ding zu Boden geht hat - zumindest im Vakuum - nichts mit seiner Masse (oder Gestalt) zu tun. Diese Erkenntnis verdanken wir Galileo Galilei (1564 - 1642).

Dieses Phänomen im Alltag

Dass Luftwiderstand sehr effektiv sein kann, zeigt sich beim Fallschirmspringen. Dort werden beim Sprung ohne Schirm zunächst Geschwindigkeiten von etwa 200 Kilometern pro Stunde erreicht. Trifft ein Fallschirmspringer auf dem Boden auf, ist es so, als wäre er gerade von einer etwas höheren Mauer gesprungen.
Der Luftwiderstand, den ein Fallschirmspringer erfährt, ist dabei ist proportional zu seiner Fläche. Vervierfacht er seine Fläche, so vervierfacht sich der Luftwiderstand, was dazu führt, dass sich seine Geschwindigkeit in etwa halbiert*.

Linktipps

Eine gute Seite vom Telekolleg zum Thema Alles fällt nach unten, die verschiedene Varianten einer Abwärtsbewegung untersucht.

Ein senstationeller Sturz - Luftwaffen-Testpilot Joseph Kittinger springt 1960 aus 30 Kilometern Höhe. Dieser Sprung wird in einem Artikel der TH Braunschweig physikalisch betrachtet (Download als pdf.)

Weitere physikalische Betrachtungen zum Fallschirmsprung (Download als pdf)

Berechne Deinen Luftwiderstand beim Fahrradfahren. Auf dieser Seite des Exploratorium finden sich zudem Informationen zur Physik und zur Geschichte von Rad und Fahrrad, zur Aerodynamik des Fahrradfahrens, zu Antrieb und Bremsen beim Fahrrad sowie zu Lenkung und Gangschaltung.

Über Galileo Galilei:

Virtuelle Ausstellung zu Galilei auf der Seite der ETH Bibliothek Zürich

Die Stanford Encyclopedia of Philosophy über Galilei (auf Englisch)

Galileo Galileis historischer Versuch mit der Fallrinne wird hier beschrieben, ebenso wie seine Pendelversuche. Galilei hatte außerdem das Problem, dass er keine Stoppuhr für seine Experimente verwenden konnte, denn die gab es damals noch nicht. Stattdessen benutzte er eine Wasseruhr. Auch ihre Funktionsweise wird auf dieser Seite erklärt.

Astronauten haben die Probe auf's Exempel gemacht: Sie ließen auf dem Mond einen Hammer und eine Feder fallen.

* Dies gilt allerdings nur, wenn der Widerstandsbeiwert gleich bleibt, was beim Fallschirmsprung nur in sehr grober Näherung der Fall ist.

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