PhysProf - Freier Fall - Geschwindigkeit - Luftwiderstand - Gewichtskraft

PhysProf - Kinematik - Ein Programm zur Visualisierung physikalischer Sachverhalte mittels Simulationen und 2D-Animationen für die Schule, das Abitur, das Studium sowie für Lehrer, Ingenieure und alle die sich für Physik interessieren.

Online-Hilfe für das Modul
zur Analyse der Gesetzmäßigkeiten, die beim freien Fall unter Einfluss der Gewichtskraft bei Berücksichtung des Luftwiderstands vorherrschen.

 

 

Durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Schaltfläche können Sie eine kostenlose Demoversion des Programms PhysProf 1.1 herunterladen.


 

 
Der Programmpunkt [Mechanik I] - [Freier Fall] behandelt die Gesetzmäßigkeiten, welche beim Freien Fall unter Berücksichtigung des Luftwiderstandes vorherrschen.

Ein Freier Fall ist eine gleichmäßig beschleunigte Translation ohne Anfangsgeschwindigkeit. Ohne Berücksichtigung des Luftwiderstands (Vakuum) gilt für Geschwindigkeit:

v = g·t

Hierbei wirkt lediglich die Kraft nach unten:

F_G = m·g

Beim Fall unter Berücksichtigung des Luftwiderstands jedoch wirken zwei Kräfte. Zum einen die nach unten gerichtete Gewichtskraft F_G und zum anderen, entgegengesetzt der Bewegungsrichtung (nach oben), der Luftwiderstand. Diese Kraft kann wie folgt ermittelt werden:

Hierbei sind:

v: Fallgeschwidigkeit [m/s]

g: Fallbeschleunigung (Gravitationskonstante) [m/s²]

t: Zeit [s]

m: Masse [kg]

F_g: Nach unten gerichtete Gewichtskraft [N]

F_R: Luftwiderstandskraft [N]

A: Querschnittsfläche des Körpers [m²]

ρ: Dichte der Luft [kg/m³]

c_w: Luftwiderstandsbeiwert
 

Programmbedienung

Mit Hilfe dieses Unterprogramms kann das Verhalten der Fallgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Luftwiderstand untersucht werden, wenn Sie am dafür vorgesehenen Rollbalken die Luftwiderstandszahl c_w einstellen, die zu verwendende Berechnungszeit t durch eine Werteingabe in das dafür vorgesehene Feld festlegen und die Schaltfläche Berechnen bedienen. Ausgegeben werden daraufhin die erreichbare Grenzgeschwindigkeit v_max, sowie die nach bestimmten Zeitintervallen erreichte Geschwindigkeit v und der bis dahin zurückgelegte Weg s.

Bedienen Sie die Schaltfläche Start, so wird eine grafische Animation gestartet, welche die Fallgeschwindigkeit v zu einem bestimmten Zeitpunkt t darstellt. Wie bereits aus der grafischen Darstellung ersichtlich ist, besitzt die erreichbare Geschwindigkeit einen von der Luftwiderstandszahl abhängigen Maximalwert (Grenzwert). In den Urzustand versetzen lassen können Sie die die Auswertung indem Sie die Schaltfläche Urzustand bedienen.
 

Nachfolgend finden Sie ein Video zu diesem Fachthema, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks
auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

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