Der Aufzug ist eines der sichersten Verkehrsmittel überhaupt. Dass ein Seil reißt, ist daher eine rein gedachte Situation. Aber sie ist physikalisch sehr lehrreich: Was passiert mit einem Menschen im Aufzug, wenn das Seil plötzlich reißt? Wird man leichter, schwebt man – oder klebt man an der Decke?
Wenn das Seil reißt, befinden sich Aufzug und Passagier im freien Fall. Der Passagier wird dabei schwerelos. Er schwebt in der Kabine.
Der Grund ist einfach: Aufzug und Mensch fallen gleich schnell. Die Natur macht keinen Unterschied zwischen ihnen. Der Boden fällt dem Menschen unter den Füßen weg – und genau deshalb drückt er nicht mehr auf den Boden.
Schwerelos heißt hier: Es gibt keine Kraft, die auf den Körper wirkt, die man als Gewicht spüren könnte. Die Schwerkraft ist aber nicht verschwunden.
Wikipedia: Freier Fall | Galileo Galilei | Newtonsche Axiome
Begriffe: freier Fall, Schwerkraft, Gewicht, Masse, Beschleunigung, Trägheit, Newtonsche Axiome, Schwerelosigkeit
Hintergrund
Nimm gedanklich eine Waage mit in den Aufzug. Solange der Aufzug ruhig steht, zeigt sie dein normales Gewicht an.
Reißt das Seil, fallen Aufzug und Waage gemeinsam nach unten. Die Waage wird nicht mehr gedrückt – sie zeigt null.
Das bedeutet nicht, dass es keine Schwerkraft mehr gibt. Es bedeutet nur, dass kein Kontaktkraft mehr wirkt, die man als Gewicht messen könnte.
Dieses Prinzip wurde schon von Galileo Galilei erkannt: Alle Körper fallen gleich schnell, unabhängig von ihrer Masse – wenn man Luftwiderstand vernachlässigt.
Deshalb kann der Passagier auch nicht an der Decke kleben. Dazu müsste die Kabine schneller fallen als der Mensch. Das ist unmöglich. Beide haben dieselbe Beschleunigung.
Die drei Bewegungsgesetze
Alle Bewegungen lassen sich mit drei Grundsätzen beschreiben:
- Trägheit: Ohne Kräfte ändert sich eine Bewegung nicht.
- Kraft: Kräfte ändern die Geschwindigkeit eines Körpers.
- Wechselwirkung: Kräfte treten immer paarweise auf.
Der zweite Grundsatz lässt sich kurz schreiben:
F = m · a
Die Beschleunigung hängt von der Kraft ab und von der Masse des Körpers. Beim freien Fall ist die beschleunigende Kraft die Schwerkraft.
Warum die Masse keine Rolle spielt
Für den freien Fall gilt:
v = a · t
Die Geschwindigkeit hängt nur von der Beschleunigung und von der Zeit ab. Die Masse kommt in dieser Formel nicht vor.
Das zeigt: Alle Körper fallen gleich schnell. Genau das erlebt der Passagier im Aufzug.
Typische Missverständnisse
- Schwerelos heißt nicht kraftlos.
- Die Schwerkraft verschwindet nicht.
- Ein Absprung kurz vor dem Aufprall hilft nicht.
Ein Absprung würde dieselbe Kraft erfordern, die beim Aufprall auftritt. Genau das ist das Problem.
Auch im fallenden Aufzug wirkt die Schwerkraft weiter.
Aufzug und Mensch fallen gemeinsam –
keiner kann den anderen überholen.
Fragen
- Warum gibt es für Fallschirmspringer eine Grenzgeschwindigkeit?
- Wie unterscheiden sich idealer und realer freier Fall?
- Woher kommt die Kraft, die den freien Fall verursacht?
- Warum fühlt sich Schwerelosigkeit im All genauso an?
Immer noch interessiert?
- Freier Fall auf dem Mond (Apollo-Versuch)
- Stratosphärensprung von Felix Baumgartner:
redbullstratos.com