Freier Fall auf dem Mond
Physik
Basiswissen
Auf dem Mond gibt es zwei Besonderheiten im Bezug auf fallende Gegenstände: a) dem Mond fallen Gegenstände sehr viel langsamer auf den Boden als auf der Erde. Und b) auch unterschiedliche schwere oder unterschiedlich große Gegenstände fallen auf dem Mond immer gleich schnell nach unten.
Freier Fall: Definition
- Freier Fall meint: etwas fällt ohne gebremst zu werden.
- Die einzige Kraft auf den fallenden Körper ist Anziehungskraft.
- Insbesondere meint das oft: es gibt keine Luft oder Atmosphäre.
- Mehr zur Definition unter freier Fall ↗
Die geringe Anziehungskraft
- Der Mond hat eine sehr viel kleinere Masse als die Erde.
- Bei einer ähnlichen Dichte ergibt das eine deutlich kleinere Anziehungskraft.
- Gegenstände fallen dadurch deutlich langsamer als auf der Erde.
- (Falls es auf der Erde keine Luft gäbe.)
- Siehe auch Mondfallbeschleunigung ↗
Das berühmte Feder-Hammer-Experiment
Schon der antike römische Dichter und Naturphilosoph Lukrez sagte voraus, dass im leeren Raum alle Gegenstände gleich schnell nach unten fallen.[1] Sehr viel später begründete auch Galileo Galilei diese Annahme.[2] Im Jahr 1971 schließlich zeigte ein Versuch auf dem Mond die Richtigkeit der Voraussagen.
- Im August 1971 führt der Apollo 15 Astronaut Dave Scott ein Experiment durch.
- Scott steht auf dem Mond und hält einen Hammer und eine Feder vor sich.
- Er lässt beide gleichzeitig aus gleicher Höhe aus den Händen los.
- Beide Objekte fallen gleich schnell nach unten.
Der Einfluss einer Atmosphäre
Auf der Erde fallen ein Hammer und eine Feder mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten Richtung Boden. Der Grund dafür ist aber nicht die unterschiedliche Masse. Wäre alleine die Masse für die Fallgeschwindigkeit verantwortlich, dann müsste in geöffneter Fallschirm auf der Erde sehr viel schneller zu Boden fallen als ein Schotterstein. Tatsächlich aber fällt der Schotterstein schneller. Der Grund für die unterschiedlichen Fallgeschwindigkeiten auf der Erde ist der Einfluss der Lufthülle, also der Atmosphäre.
- Wie stark die Luft einen Fall bremst hängt nur ab von der Größe und Form des fallenden Körpers.
- Wenn ein Fallschirmspringer vor dem öffnen des Schirms seine Körperhaltung und Form verändert kann er auch seine Fallgeschwindigkeit verändern.
- Wenn man eine kleine Kugel aus Metall mit einem Durchmesser von vielleich 5 cm nach unten fallen lässt, wird sie sehr schnell schneller.
- Wenn man dasselbe Metall aber in ein flaches Blech umformt, fällt das Blech sehr viel langsamer.
- So ist es auch mit der Feder: bei einer Feder ist die gesamte Masse in eine sehr große Fläche ausgedehnt.
- Es ist die große Fläche der Feder, die sie in der Luft abbremst und nicht ihre geringe Masse.
- Siehe auch Fall mit Luftwiderstand ↗
Formeln für den freien Fall
Legende
- s = In der Zeit t zurückgelegte Fallstrecke, z. B. in Metern
- a = Fallbeschleunigung, auf dem Mond etwa 1,62 m/s²
- t = Zeit des freien Falles, Anfangsgeschwindigkeit war 0
- v = Geschwindigkeit in m/s nach t Sekunden
- Siehe auch freier Fall ↗
Fußnoten
- [1] Der römische Dichter und Naturphilosoph Lukrez argumentierte bereits zu Lebzeiten von Cäsar, um das Jahr 50 vor Christus, dass Körper mit unterschiedlichem Gewicht dennoch alle gleich schnell fallen. Lukrez schrieb: "Wer nun etwa vermeint, die schwereren Körper, die senkrecht Rascher im Leeren versinken, vermöchten von oben zu fallen Auf die leichteren Körper und dadurch die Stöße bewirken, Die zu erregen vermögen die schöpferisch tätigen Kräfte: Der entfernt sich gar weit von dem richtigen Wege der Wahrheit. Denn was immer im Wasser herabfällt oder im Luftreich, Muß, je schwerer es ist, um so mehr sein Fallen beeilen, Deshalb, weil die Natur des Gewässers und leichteren Luftreichs Nicht in der nämlichen Weise den Fall zu verzögern imstand ist, Sondern im Kampfe besiegt vor dem Schwereren schneller zurückweicht: Dahingegen vermöchte das Leere sich niemals und nirgends Wider irgendein Ding als Halt entgegenzustellen, Sondern es weicht ihm beständig, wie seine Natur es erfordert. Deshalb müssen die Körper mit gleicher Geschwindigkeit alle Trotz ungleichem Gewicht durch das ruhende Leere sich stürzen, Darum können auch nie die schwereren Körper von oben Auf die leichteren fallen und ihrerseits Stöße bewirken, Die zum Betrieb der Natur die verschiednen Bewegungen, stiften." In: Lukrez: Über die Natur der Dinge. Berlin 1957, S. 67-68. Online: http://www.zeno.org/nid/20009209069
- [2] Der italienische Physiker Galileo Galilei sagte in seinem 1638 erschienen Werk Il Discorsi indirekt voraus, dass eine Feder und ein Hammer auf dem Mond gleich schnell fallen müssten: "Nun sieht man ein, dass der Widerstand der Luft gegen das geringfügige Moment der fallenden Blase sehr gross ist, gegen das Bleigewicht dagegen sehr klein. Aber ich bin überzeugt, dass, wenn man den Widerstand ganz aufheben könnte, man der Blase bedeutenden Vorschub leisten würde, dem Bleigewicht dagegen sehr wenig, die Geschwindigkeiten beider würden einander allmählich gleich werden. Halten wir dieses Princip fest, demgemäss in einem Rume, der leer ist oder der aus einem andern Grunde keinen Widerstand ausübt gegen die Bewegung der Körper, alle Körper sich gleich schnell bewegen, so können wir ziemlich genau die Bewegung ähnlicher und unähnlicher Körper in ein und demselben oder in verschiedenen Medien und auch in widerstehenden bestimmen." Galileo Galilei. Unterredungen und mathematische Demonstrationen über zwei neue Wissenszweige, die Mechanik und die Fallgesetze betreffend. Herausgegeben in drei Bänden und übersetzt von Arthur von Oettingen, in Ostwalds Klassiker der exakten Wissenschaften. Band 1 (Erster und zweiter Tag), Nr. 11, Engelmann, Leipzig 1890. Dort die Seite 19. Dort die Seiten 67 und 68.