Wer fällt schneller?

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Hand mit zwei SteinenGalileo Galileis wohl berühmteste Entdeckung – nämlich die, dass im Vakuum alle Dinge gleich schnell fallen – lässt sich leicht bestätigen, selbst wenn man gerade kein Vakuum zur Hand hat. Denn mit nur zwei Steinen kann man zeigen, dass Gegenstände unabhängig von ihrer Masse mit derselben Geschwindigkeit fallen.

Was wird gebraucht?

  • ein See, Fluss oder Meer – kurz: Wasser
  • ein paar Steine unterschiedlicher Größe

Das Ganze funktioniert zwar auch ohne Wasser, macht aber vielleicht nicht ganz so viel Spaß.

Was ist zu tun?

Man nehme die Steine in eine Hand und werfe sie zusammen in einem hohen Bogen ins Wasser – je unterschiedlicher die Steine hinsichtlich ihrer Größe und je höher und weiter man wirft, desto besser. Natürlich sollte man dabei aufpassen, dass man weder Mensch noch Tier trifft – und am besten auch keine Autos oder Fensterscheiben …

Was ist geschehen?

Man erkennt, dass die Steine unabhängig von ihrer Größe und ihrem Gewicht etwa gleichzeitig auf der Wasseroberfläche auftreffen, obwohl man vermutlich intuitiv meint, der leichtere Steine müsse langsamer fallen, also später aufschlagen.

Dieses Phänomen im Alltag

Durch unsere Erfahrung wissen wir, dass Gegenstände auf der Erde nicht gleich schnell fallen. Seit Galileo Galilei (1564-1642) wissen wir jedoch auch, dass dies allein am Luftwiderstand liegt. Im Vakuum nämlich geht ein Betonmischer mit der gleichen Geschwindigkeit zu Boden wie eine Feder.

Galileo Galilei hat dazu ein interessantes Gedankenexperiment gemacht, das ihm damals auch geholfen hat, das Rätsel um die Schwerebeschleunigung zu lösen.
Angenommen man hat einen leichten und einen schweren Körper. Man nehme weiter an, dass der schwerere Körper schneller fällt als der leichte. Was würde passieren, wenn man sie in der Luft miteinander verbindet? Es gibt zwei Möglichkeiten, die beide logisch sind, sich aber widersprechen. Im ersten Fall würde der leichte Körper den schweren abbremsen. Im zweiten Fall wären sie gemeinsam schneller, da sie ja gemeinsam auch schwerer sind. Die Lösung aus diesem Dilemma kann nur in der Annahme bestehen, dass alle Körper gleich schnell fallen.

Die Geschwindigkeit, mit der ein Gegenstand fällt, ist übrigens proportional zum Quadrat der Zeit. Das bedeutet: Nach der doppelten Zeit ist ein Gegenstand viermal so schnell. Ein klassischer Versuch dazu ist das Experiment mit der Fallschnur.

Beim freien Fall im Schwerefeld der Erde beträgt die Geschwindigkeitszunahme 9,81 Meter pro Sekunde zum Quadrat. Vernachlässigt man den Luftwiderstand, erreicht ein fallender Körper in etwa drei Sekunden eine Geschwindigkeit von rund 100 Stundenkilometern. Wer sich schon immer gefragt hat, warum die Normalschwere von 9,81 mit g bezeichnet wird: Dies geschieht zu Ehren Galileo Galileis.

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