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Physik im Alltag und Naturphänomene

Fallen schwere Gegenstände schneller?

Galileo Galilei hat mit seiner Behauptung, dass alle Gegenstände  gleich schnell fallen würden, eine wesentliche Grundaussage für die zu seiner Zeit entstehende neuzeitliche Physik getroffen. Diese gilt natürlich nur im luftleeren Raum, in dem der Luftwiderstand entfällt.
Aber selbst wenn man diese Voraussetzung akzeptiert, fragt sich die eine oder der andere* vielleicht, warum die größere Masse nicht „stärker“ beschleunigt wird und eine größere Fallgeschwindigkeit erlangt. Gibt es dafür eine plausible anschauliche Erklärung?
Ich denke man könnte rein anschaulich folgendermaßen argumentieren: Der schwerere Gegenstand bietet der Gravitationskraft eine größere Masse, die zu einer größeren Beschleunigung führt. Allerdings ist er wegen seiner größeren Masse auch entsprechend träger. Deshalb ist es mühsamer ihn in Bewegung zu versetzen.
Bei den leichteren Gegenständen ist es gerade umgekehrt. Weil diese eine geringere Masse haben, ist die Beschleunigung entsprechend geringer. Aber sie sind auch weniger träge, und setzen der Bewegung weniger Widerstand entgegen.
Beide Effekte, die Schwere und die Trägheit erweisen sich als gleich groß und heben sich daher in ihrer Wirkung auf, sodass alle Gegenstände im Vakuum gleich schnell fallen.
Galilei soll der Legende nach eine große und eine kleine Kugel vom schiefen Turm von Pisa fallen gelassen und daraufhin festgestellt haben, dass beide im selben Augenblick den Boden berührten.
Selbst wenn Galilei die Fallversuche wirklich durchgeführt hätte, würde man aus heutiger Sicht einwenden können, dass die Feststellung der Gleichzeitigkeit des Aufpralls mit menschlichen Sinnen (Augen, Gehör) zu ungenau gewesen wäre.


*Dieser Beitrag wurde angeregt durch eine Emailanfrage eines Bloglesers

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Diskussionen

19 Gedanken zu “Fallen schwere Gegenstände schneller?

  1. Dies ist ein Sonder-Fall. der Radfahrer wird zum Helikopter.

    Verfasst von gkazakou | 21. Dezember 2019, 00:12
  2. Eine uralte Frage. Soviel ich weiss, fand die experimentelle Überprüfung durch eine Schräge statt.

    Verfasst von kopfundgestalt | 21. Dezember 2019, 01:05
    • Du denkst vielleicht an das Experiment von Galilei an der schiefen Ebene zur Messung der Erdbeschleunigung. Die Versuche zum Nachweis der Äquivalenz von träger und schwerer Masse sind mit ganz unterschiedlichen Vorrichtungen ausgeführt worden, u.a. durch verschiedene Pendelversuche bis hin zu satellitengestützten Experimenten aus jüngster Zeit. Dieses Äquivalenzprinzip ist auch grundlegend für die Allgemeine Relativitätstheorie.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 21. Dezember 2019, 09:30
      • Stimmt.
        Ich meine das auch bei ferreira gelesen zu haben. 😀

        Verfasst von kopfundgestalt | 21. Dezember 2019, 12:00
      • Insofern Galilei mit seinen Experimenten an der schiefen Ebene die Unabhängigkeit der Beschleunigung von der Masse demonstiert hat, ist damit die Proportionalität der Gravitationswirkung zur Masse der rollenden Kugeln gezeigt, was in moderner Sprechweise indirekt auf die Äquivalenz von träger und schwerer Masse verweist.

        Verfasst von Joachim Schlichting | 21. Dezember 2019, 14:41
  3. Egal, ob Galilei das Fallexperiment tatsächlich so gemacht hat, oder ob dem ganzen das mit der schiefen Ebene zugrundeliegt – das Experiment muss ja keine präzisen Ergebnisse bringen, gar welche, die heutigen Ansprüchen an Genauigkeit genügen. Es reicht ja das augenscheinlich gleichzeitige Auftreffen der beiden Kugeln als Auslöser eines Geistesblitzes, ähnlich wie Newton mit seinem Apfel. Und diese Idee hat er dann ja weiterverfolgt, mit nachprüfbaren Zahlen unterfüttert und zur Veröffentlichungsreife gebracht.

    Verfasst von gnaddrig | 21. Dezember 2019, 11:30
    • Das sehe ich auch so, möchte allerdings hinzufügen, dass die Genauigkeit der Äquivalenz von träger und schwerer Masse bei den experimentellen Untermauerungen der Allgemeinen Relativitätstheorie eine wichtige Rolle gespielt hat.
      Die Idee ist in der Tat das Entscheidende, auch wenn die Sachverhalte im Nachhinein oft anekdotenhaft popularisiert wird. Denn weder die Fallversuche noch der Apfelfall (den es übrigens in verschiedenen Versionen gibt) sind historisch verbürgt.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 21. Dezember 2019, 14:29
      • Es könnte auch sein, dass diese Anekdoten hinterher zur Illustration nachgeschoben wurden, entweder von Galilei oder Newton selbst, oder von ihren Schülern. „Was der Galilei meint? Lass mal zwei Eisenkugeln zugleich vom Turm fallen, eine große und eine kleine. Welche kommt zuerst an?“

        Verfasst von gnaddrig | 21. Dezember 2019, 21:34
      • In beiden Fällen waren es spätere Biografen, die auf diese Weise – historische Wahrheit hin oder her – eine didaktische Aufwertung der ansonsten zu nüchtern wirkenden wissenschaftlichen Erkenntnisse bewirkt haben.

        Verfasst von Joachim Schlichting | 21. Dezember 2019, 22:20
      • Beide Effekte, die Schwere und die Trägheit erweisen sich als gleich groß.

        Wieso ist das so? Das kann ja kein Zufall sein.
        Wie erklärt man sich das? Sind „Schwere“ und „Trägheit“ gleichsam nicht tragfähige Konzepte, muß man sie als eine Wirkung, einen Sachverhalt sehen?

        Verfasst von kopfundgestalt | 21. Dezember 2019, 21:45
      • Trägheit und Schwere können experimentell voneinander getrennt gemessen werden. Z.B. ist ein Körper in der Schwerelosigkeit träge.

        Verfasst von Joachim Schlichting | 21. Dezember 2019, 22:24
      • Das ist interessant. Über die beiden Begriffe hatte ich mir tatsächlich dediziert noch nicht Gedanken gemacht. Zumindest nach dem Schulunterricht.

        Verfasst von kopfundgestalt | 22. Dezember 2019, 11:57
      • In der Schule werden zwar Experimente zur Äquivalenz gemacht (wenn sie denn gemacht werden). Ich habe aaber beobachten können, dass die anschauliche Seite kaum berücksichtigt wird. Das war u.a. Motiv für diesen Beitrag.

        Verfasst von Joachim Schlichting | 22. Dezember 2019, 14:21
      • Ich denke, das ist wichtig, die Verbindung der Physik zum Alltag. Da hat es wohl gehapert damals.

        Verfasst von kopfundgestalt | 22. Dezember 2019, 21:18
      • Ein Zufall wird das sicherlich nicht sein, sondern zwei phänomenal unterschiedliche Manifestationen der Masse.

        Verfasst von Joachim Schlichting | 21. Dezember 2019, 22:27
      • So wie Welle und Materie, was etwa Elektronen anbelangt.

        Verfasst von kopfundgestalt | 22. Dezember 2019, 11:49
      • Könnte man in grober Analogie so sehen, nur dass es sich hier ja um makroskopische Objekte handelt.

        Verfasst von Joachim Schlichting | 22. Dezember 2019, 15:09

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