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Im freien Fall (Physikproblem)

  1. #1 Zitieren
    Felllecker  Avatar von Moonlord
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    Moin,

    nein, ich bin schon lange kein Schüler mehr. Aber ich hatte heute mit meinem Sohn ein physikalisches Problem diskutiert, bei dem wir uns noch auf kein Ergebnis einigen konnten.

    Situation:
    Ich stehe im fahrenden Bus und halte eine Ball. Ich lasse den Ball los.
    Frage: Fällt er genau senkrecht nach unten oder nicht?

    Der Bus und der festgehaltene Ball darin bewegen sich ja anfangs relativ zur Erdoberfläche. Lässt man den Ball los, so ändern sich die Kräfte, die auf ihn wirken. Er wird nicht weiter in Fahrtrichtung des Busses bewegt, es wirken Erdanziehung, Luftwiderstand, ...

    Ich bin der Meinung, dass die Flug-/Fallbahn des Balles ganz minimal von der Senkrechten abweichen müsste, konnte es aber nicht schlüssig begründen. Zu meiner Verteidigung: Meine letzte Physikstunde ist etwa 35 Jahre her.
    Denn die letzten Grenzen befinden sich in unseren Köpfen und unseren Herzen – um sie zu überwinden, brauchen wir keine technischen Hilfsmittel, sondern ausschließlich Liebe sowie geistige und emotionale Größe.

    Vicky
    "Wir dürfen nicht selektiv entscheiden, wer Unterstützung verdient und wessen Rechte wir verteidigen ... Jeder verdient das gleiche Mitgefühl. Das Leben der zivilen Opfer von Konflikten ist überall gleich viel wert".

    Angelina Jolie
    Moonlord ist offline

  2. #2 Zitieren
    Halbgott Avatar von Progrinator
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    Zitat Zitat von Moonlord Beitrag anzeigen
    Moin,

    nein, ich bin schon lange kein Schüler mehr. Aber ich hatte heute mit meinem Sohn ein physikalisches Problem diskutiert, bei dem wir uns noch auf kein Ergebnis einigen konnten.

    Situation:
    Ich stehe im fahrenden Bus und halte eine Ball. Ich lasse den Ball los.
    Frage: Fällt er genau senkrecht nach unten oder nicht?

    Der Bus und der festgehaltene Ball darin bewegen sich ja anfangs relativ zur Erdoberfläche. Lässt man den Ball los, so ändern sich die Kräfte, die auf ihn wirken. Er wird nicht weiter in Fahrtrichtung des Busses bewegt, es wirken Erdanziehung, Luftwiderstand, ...

    Ich bin der Meinung, dass die Flug-/Fallbahn des Balles ganz minimal von der Senkrechten abweichen müsste, konnte es aber nicht schlüssig begründen. Zu meiner Verteidigung: Meine letzte Physikstunde ist etwa 35 Jahre her.
    ich würde sagen, dass der Ball immer noch die Vorwärtsbewegung des Busses hat, weshalb er nicht ganz Senkrecht fällt. (Luftwiderstand, fehlende beschleunigung ... )

    Man könnte das ja auch mal experimentel ausprobieren. sollte ansich nichts passieren. Ggf Stoffball benutzen.

    PS betrachtet man es von außen müsste es eine schräge nach vorne sein


    [Bild: eKt6qowQ1Unbenannt.png]

    Immer eine Frage des Standpunktes

    Das erinnert mich an:

    [Video]
    Progrinator ist offline Geändert von Progrinator (21.09.2021 um 00:05 Uhr)

  3. #3 Zitieren
    Forenkater Avatar von Matteo
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    Zitat Zitat von Moonlord Beitrag anzeigen
    Er wird nicht weiter in Fahrtrichtung des Busses bewegt
    Doch, der Ball bewegt sich auch noch nach dem Loslassen weiterhin mit der Fahrtrichtung des Busses, da er ja zusammen mit allem anderen im Bus entsprechend beschleunigt wurde.
    Wenn du im Flugzeug eine Erdnuss hochwirfst schlägt die ja auch nicht mit 300 km/h in die Heckwand ein weil sie "nicht mehr in Fahrtrichtung bewegt wird."
    Matteo ist offline

  4. #4 Zitieren
    Kämpfer Avatar von Thorondor
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    Zitat Zitat von Moonlord Beitrag anzeigen
    Situation:
    Ich stehe im fahrenden Bus und halte eine Ball. Ich lasse den Ball los.
    Frage: Fällt er genau senkrecht nach unten oder nicht?

    Der Bus und der festgehaltene Ball darin bewegen sich ja anfangs relativ zur Erdoberfläche. Lässt man den Ball los, so ändern sich die Kräfte, die auf ihn wirken. Er wird nicht weiter in Fahrtrichtung des Busses bewegt, es wirken Erdanziehung, Luftwiderstand, ...
    Ja, der Ball fällt genau senkrecht nach unten, sofern man es relativ zur Person betrachtet, die den Ball zuvor gehalten hat.
    Grund dafür ist das Trägheitsgesetz bzw. erste Newtonsche Gesetz: "Ein Körper verharrt im Zustand der Ruhe oder der gleichförmig geradlinigen Bewegung, sofern er nicht durch einwirkende Kräfte zur Änderung seines Zustands gezwungen wird."

    Gehen wir mal auf die Kräfte ein (Betrachtung relativ zur Erdoberfläche):
    • Vor dem Loslassen des Balles hat sich der Bus in Bewegung gesetzt. Dabei wirkt auf den Bus mitsamt der Fahrgäste und auch auf den Ball eine beschleunigende Kraft nach vorn / in Fahrtrichtung. Sobald der Bus seine Fahrtgeschwindigkeit, z. B. 50 km/h innerhalb der Ortschaft, erreicht hat, wird aber nicht mehr beschleunigt und es wirkt keine Kraft mehr in Fahrtrichtung. (Idealisierte Betrachtung, Verluste durch Reibungskräfte, Straßenunebenheiten, Kurven, usw. werden außen vor gelassen.) Trotzdem bewegen sich Bus und Fahrgäste mitsamt Ball weiter in Fahrtrichtung. Das ist eine "gleichförmig geradlinige Bewegung", sprich man bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit weiterhin in die selbe Richtung. Außerdem wirkt auf den Ball noch die Schwerkraft, die ihn nach unten ziehen würde, aber diese wird durch die Hand, die den Ball hält, ausgeglichen.
    • Beim Loslassen des Balles fällt nur eine Kraft weg: die der Hand, die ihn hält. Es wirkt also nichts mehr der Schwerkraft entgegen. Deswegen wird der Ball durch die Schwerkraft gleichmäßig nach unten beschleunigt. Gleichzeitig wirkt aber noch die Trägheit der Bewegung nach vorn / in Fahrtrichtung weiter. Dadurch bleibt der Ball auch weiterhin in seiner Bewegung nach vorn. Beide Bewegungen überlagern sich und sind unabhängig voneinander (Superpositionsprinzip). Aus Sicht der Person im Bus, die den Ball fallen lässt, fällt der Ball also senkrecht nach unten, bewegt sich also auf einer geraden Linie. Aus Sicht eines am Straßenrand stehenden Passanten fällt der Ball schräg nach vorn, da er sich während des Falls nach unten immer noch mit 50 km/h (wie der Rest des Busses und der Fahrgäste) nach vorn bewegt. Aus Sicht dieser Person bewegt sich der Ball auf einer nach unten geöffneten Parabel. (Quadratische Funktionen lassen grüßen. )
    Thorondor ist offline

  5. #5 Zitieren

    Faszinierend!
    Avatar von smiloDon
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    Zitat Zitat von Moonlord Beitrag anzeigen
    Moin,

    nein, ich bin schon lange kein Schüler mehr. Aber ich hatte heute mit meinem Sohn ein physikalisches Problem diskutiert, bei dem wir uns noch auf kein Ergebnis einigen konnten.

    Situation:
    Ich stehe im fahrenden Bus und halte eine Ball. Ich lasse den Ball los.
    Frage: Fällt er genau senkrecht nach unten oder nicht?

    Der Bus und der festgehaltene Ball darin bewegen sich ja anfangs relativ zur Erdoberfläche. Lässt man den Ball los, so ändern sich die Kräfte, die auf ihn wirken. Er wird nicht weiter in Fahrtrichtung des Busses bewegt, es wirken Erdanziehung, Luftwiderstand, ...

    Ich bin der Meinung, dass die Flug-/Fallbahn des Balles ganz minimal von der Senkrechten abweichen müsste, konnte es aber nicht schlüssig begründen. Zu meiner Verteidigung: Meine letzte Physikstunde ist etwa 35 Jahre her.
    Nein.
    Solange der Bus sich gleichförmig, d.h. er wird nicht beschleunigt, bewegt, fällt der Ball senkrecht zu Boden. Stichwort zu Googeln: Inertialsystem
    smiloDon ist offline

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