Fallversuch mit Stahl und Styropor

Copyright © experimentis. Alle Rechte vorbehalten.

In diesem Versuch Fallversuch mit Stahl- und Styroporkugelfallen eine Styropor- und eine Metallkugel gleicher Größe. Die Frage lautet nun, welche Kugel zuerst auf dem Boden auftrifft? Wer glaubt, dass sie zugleich aufschlagen, sollte das Experiment auf jeden Fall einmal machen.

Was wird gebraucht?

  • eine kleine Kugel aus Stahl
  • eine gleich große Kugel aus Styropor

Styroporkugeln findet man im Bastelladen, ggf. muss man sie etwas zurechtfeilen. Stahlkugeln sind bei ebay erhältlich oder man verwendet eine Kugel aus einem Magnetspiel.

Was ist zu tun?

Man steige auf einen Stuhl oder einen Tisch und lasse beide Kugeln gleichzeitig und aus gleicher Höhe fallen.

Was ist geschehen?

Seit Galileo Galilei (1564-1642) ist bekannt, dass alle Körper im Vakuum dieselbe Beschleunigung erfahren. Die Erdatmosphäre sorgt jedoch dafür, dass dies auf unserem Planeten nicht ganz so reibungslos funktioniert. Man sieht: Die Metallkugel schlägt deutlich früher auf dem Boden auf als die Styroporkugel, obwohl die Kugeln gleich groß sind.

Der Grund: Je schneller ein Gegenstand fällt, desto höher ist der Luftwiderstand. Je höher aber der Luftwiderstand, desto geringer ist die Geschwindigkeitszunahme. Dies geht so lange, bis die nach unten wirkende Gewichtskraft des Körpers genauso groß ist wie die Kraft, die dem Körper von der Luft entgegengesetzt wird. Der Gegenstand führt schließlich eine gleichförmige Bewegung aus. Das bedeutet, dass die Geschwindigkeit nicht weiter zunimmt.

Dieser Zustand tritt umso früher ein, je leichter ein Ding ist, denn etwas Leichtes – wie eine Styroporkugel – hat eine geringere Gewichtskraft und ist natürlich viel einfacher abzubremsen als etwas Schweres.

Da Styroporkugeln oft eine raue Oberfläche haben, kann der Luftwiderstand zudem höher sein als bei der Stahlkugel, was den Fall der Styroporkugel zusätzlich abbremst.

Dieses Phänomen im Alltag

Wie bei den fallenden Kugeln begrenzen auch bei allem fahrbaren Gerät der Luftwiderstand und die Rollreibung die Geschwindigkeit, die maximal erreicht werden kann. Irgendwann sind Luftwiderstand und Rollreibung genauso groß wie die Kraft, die ein Auto oder Motorrad antreibt. Ist dieser Fall eines Kräftegleichgewichtes eingetreten, geht es nimmer schneller.

Übrigens wächst der Luftwiderstand mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. So bedeutet zum Beispiel die doppelte Geschwindigkeit einen vierfachen Luftwiderstand.

Ähnliche Freihandversuche

Luftwiderstand ausgetrickst
Wer fällt schneller?
Die Fallschnur
Münzentrick