Freier Fall: Verändert die Masse, wie schnell Dinge fallen?
1 · Vorhersagen
Lassen Sie einen leichten, einen mittleren und einen schweren Ball gleichzeitig aus derselben Höhe fallen. Welches landet zuerst auf dem Boden?
- Der schwerere Ball fällt schneller und landet zuerst.
- Alle drei fallen mit der gleichen Geschwindigkeit und landen zusammen.
- Der leichtere Ball fällt schneller und landet zuerst.
2 · Aufbauen
- Öffnen Sie die Freifall-Preset. Sie sollten drei Kugeln unterschiedlicher Größe sehen, die auf gleicher Höhe aufgereiht sind.
- Befestigen Sie die Höhensonde an der mittleren Kugel und vergewissern Sie sich, dass alle drei Kugeln an derselben Y-Position beginnen.
- Führen Sie die Simulation durch und verwenden Sie die Stoppuhr/den Bildzähler, um den Fall jedes Balls zu messen.
3 · Daten sammeln
| Messe (kg) | Verstrichene Zeit (s) | Fallgeschwindigkeit (m/s) | Schwung (kg·m/s) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.00 | ||
| 3.00 | 1.00 | ||
| 6.00 | 1.00 |
Tragen Sie die Fallgeschwindigkeit (y-Achse) gegen die verstrichene Zeit (x-Achse) für alle drei Bälle im selben Diagramm auf.
4 · Auswerten
- Vergleichen Sie die Fallgeschwindigkeiten der leichten, mittleren und schweren Kugeln im gleichen Zeitraum. Was fällt Ihnen auf?
- Berechnen Sie anhand Ihrer Daten die Beschleunigung (ΔGeschwindigkeit / ΔZeit) für jeden Ball. Wie ist es im Vergleich zu g = 9.8 m/s²?
5 · Vertiefen
- Eine Feder und eine Bowlingkugel, die in der Luft fallen gelassen werden, landen NICHT gleichzeitig. Welche Kraft, die in dieser idealisierten Simulation fehlt, verursacht diesen Unterschied?
- Astronauten auf dem Mond ließen einen Hammer und eine Feder fallen und landeten gemeinsam. Erklären Sie, warum der Mond ein besserer Ort als die Erde ist, um diese Demonstration mit realen Objekten zu sehen.
Die Physik hinter diesem Experiment
Schwung
Obwohl alle drei Bälle zu einem bestimmten Zeitpunkt die gleiche Fallgeschwindigkeit haben, unterscheiden sich ihre Impulse, da der Impuls mit der Masse skaliert – deshalb würde der schwere Ball beim Aufprall mehr Schaden anrichten, obwohl er nicht schneller fällt.