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Marie
12.3.2021
Physik
Freier Fall und Realer Fall
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12. März 2021
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Marie
@marieslernzettel0
Der freie Fall und Strömungswiderstand: Grundlagen und Formeln
Ein umfassender... Mehr anzeigen
Der freie Fall ist ein fundamentales Konzept in der Physik, das die Bewegung von Objekten unter dem alleinigen Einfluss der Schwerkraft beschreibt. In der Realität wird diese Bewegung jedoch oft durch Luftwiderstand beeinflusst, was zu komplexeren Berechnungen führt.
Die grundlegenden Formeln für den freien Fall ohne Luftwiderstand lauten:
Hierbei steht s für die zurückgelegte Strecke (Höhe), v für die Geschwindigkeit, t für die Zeit und g für die Erdbeschleunigung (ca. 9,81 m/s² auf der Erdoberfläche).
Vocabulary: Der Ortsfaktor g ist die lokale Erdbeschleunigung, die je nach geografischer Lage leicht variieren kann.
In der Praxis wirkt auf fallende Objekte Luftwiderstand, der durch die Formel für die Luftreibungskraft beschrieben wird:
FLR = 1/2 · Cw · A · ρL · v²
Dabei ist Cw der Strömungswiderstandskoeffizient, A die Angriffsfläche, ρL die Luftdichte und v die Fallgeschwindigkeit.
Highlight: Die Berücksichtigung des Luftwiderstands ist entscheidend für realistische Berechnungen, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten oder großen Objekten.
Der Cw-Wert (Strömungswiderstandskoeffizient) ist ein Maß für die aerodynamische Effizienz eines Körpers. Die Tabelle im Dokument zeigt Cw-Werte für verschiedene Körperformen:
Example: Ein Fallschirm hat einen hohen Cw-Wert von 1,33, was zu einem starken Luftwiderstand und damit zu einer langsamen, kontrollierten Fallbewegung führt.
Die Kenntnis dieser Formeln und Werte ist essentiell für verschiedene Anwendungen:
Definition: Die Reynolds-Zahl (Re) ist eine dimensionslose Kennzahl, die das Verhältnis von Trägheits- zu Zähigkeitskräften in einer Strömung beschreibt und für die Bestimmung des Strömungsverhaltens wichtig ist.
Diese Formeln und Konzepte bilden die Grundlage für das Verständnis und die Berechnung von Fallbewegungen und Strömungswiderständen in der Physik und im Ingenieurwesen.
Beim freien Fall wird nur die Gravitationskraft berücksichtigt, wobei die Freier Fall Formel $s = \frac{1}{2}gt^2$ die zurückgelegte Höhe beschreibt. Im Gegensatz dazu bezieht der reale Fall den Luftwiderstand mit ein, was durch die Luftwiderstand Formel $F_{LR} = \frac{1}{2}C_W A \rho v^2$ ausgedrückt wird. In der Realität erreicht ein fallender Körper daher eine Endgeschwindigkeit, wenn Gewichtskraft und Luftwiderstand im Gleichgewicht sind.
Die Geschwindigkeit eines Körpers im freien Fall kannst du mit der Freier Fall Geschwindigkeit Formel $v = g \cdot t$ berechnen. Dabei ist g der Ortsfaktor (normalerweise 9,81 m/s²) und t die Fallzeit in Sekunden. Wenn du zusätzlich eine Anfangsgeschwindigkeit berücksichtigen musst, wird diese zur berechneten Geschwindigkeit addiert. Für präzise Berechnungen gibt es auch online verfügbare Freier-Fall-Rechner.
Den Cw-Wert berücksichtigst du immer dann, wenn du die Strömungswiderstand-Effekte bei fallenden Objekten realistisch darstellen willst. Besonders wichtig ist dies bei Objekten mit großer Angriffsfläche wie Fallschirmen (Cw ≈ 1,33) oder wenn hohe Geschwindigkeiten erreicht werden. Bei Experimenten im Physikunterricht solltest du den Cw-Wert einbeziehen, wenn du ein präzises Protokoll erstellen willst, das die Abweichung vom idealen freien Fall erklärt.
Die Körperform bestimmt direkt den Cw-Wert, der wiederum die maximale Fallgeschwindigkeit eines Objekts beeinflusst. Stromlinienförmige Körper wie die optimierte Spindelform (Cw ≈ 0,02) erreichen deutlich höhere Endgeschwindigkeiten als beispielsweise eine quadratische Platte (Cw ≈ 1,11). Aus der Cw-Wert Tabelle kannst du entnehmen, dass ein stehender Mensch einen Wert von etwa 0,78 hat, während ein Pinguin mit 0,03 aerodynamisch viel effizienter ist.
Physik Oberstufe: Mechanik und Gravitation von Dorn-Bader, Schroedel 2019, Lehrbuch, Grundlegendes Lehrbuch mit ausführlicher Behandlung des freien Falls und der Luftwiderstandsberechnung - Link
Metzler Physik SII von Grehn/Krause, Schroedel 2020, Lehrbuch, Enthält detaillierte Erklärungen zu Fallbewegungen, cw-Werten und Strömungswiderstand - Link
Formelsammlung Physik von Klett Verlag, 2021, Nachschlagewerk, Kompakte Zusammenstellung aller relevanten Formeln zum freien Fall, mit und ohne Luftwiderstand - Link
Experimente für den Physikunterricht von Cornelsen, 2018, Praktikumsbuch, Enthält Versuchsanleitungen zum freien Fall und zur Bestimmung von Strömungswiderständen - Link
Bestimme den cw-Wert verschiedener Objekte: Baue eine einfache Fallvorrichtung und miss die Fallzeit unterschiedlich geformter Objekte gleicher Masse (Kugel, Würfel, Kegel). Berechne daraus die jeweiligen cw-Werte.
Entwickle ein Mini-Fallschirmdesign für ein Ei: Experimentiere mit verschiedenen Materialien und Formen, um den optimalen Fallschirm zu bauen, der ein rohes Ei vor dem Zerbrechen bei einem Fall aus 5 Metern Höhe schützt.
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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.
Stefan S
iOS user
Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.
Samantha Klich
Android user
Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.
Anna
iOS user
Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!
Jana V
iOS user
Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!
Lena M
Android user
Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️
Timo S
iOS user
Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!
Sudenaz Ocak
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Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.
Greenlight Bonnie
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Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼
Julia S
Android user
Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!
Marcus B
iOS user
Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben
Sarah L
Android user
Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.
Hans T
iOS user
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Unser KI-Begleiter ist speziell auf die Bedürfnisse von Schülern zugeschnitten. Basierend auf den Millionen von Inhalten, die wir auf der Plattform haben, können wir den Schülern wirklich sinnvolle und relevante Antworten geben. Aber es geht nicht nur um Antworten, sondern der Begleiter führt die Schüler auch durch ihre täglichen Lernherausforderungen, mit personalisierten Lernplänen, Quizfragen oder Inhalten im Chat und einer 100% Personalisierung basierend auf den Fähigkeiten und Entwicklungen der Schüler.
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Marie
@marieslernzettel0
Der freie Fall und Strömungswiderstand: Grundlagen und Formeln
Ein umfassender Überblick über die Physik des freien Falls und des Strömungswiderstands, einschließlich wichtiger Formeln, Gesetze und Cw-Werte für verschiedene Körperformen.
• Die Freier Fall Formelbeschreibt die Bewegung eines Objekts unter... Mehr anzeigen
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Der freie Fall ist ein fundamentales Konzept in der Physik, das die Bewegung von Objekten unter dem alleinigen Einfluss der Schwerkraft beschreibt. In der Realität wird diese Bewegung jedoch oft durch Luftwiderstand beeinflusst, was zu komplexeren Berechnungen führt.
Die grundlegenden Formeln für den freien Fall ohne Luftwiderstand lauten:
Hierbei steht s für die zurückgelegte Strecke (Höhe), v für die Geschwindigkeit, t für die Zeit und g für die Erdbeschleunigung (ca. 9,81 m/s² auf der Erdoberfläche).
Vocabulary: Der Ortsfaktor g ist die lokale Erdbeschleunigung, die je nach geografischer Lage leicht variieren kann.
In der Praxis wirkt auf fallende Objekte Luftwiderstand, der durch die Formel für die Luftreibungskraft beschrieben wird:
FLR = 1/2 · Cw · A · ρL · v²
Dabei ist Cw der Strömungswiderstandskoeffizient, A die Angriffsfläche, ρL die Luftdichte und v die Fallgeschwindigkeit.
Highlight: Die Berücksichtigung des Luftwiderstands ist entscheidend für realistische Berechnungen, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten oder großen Objekten.
Der Cw-Wert (Strömungswiderstandskoeffizient) ist ein Maß für die aerodynamische Effizienz eines Körpers. Die Tabelle im Dokument zeigt Cw-Werte für verschiedene Körperformen:
Example: Ein Fallschirm hat einen hohen Cw-Wert von 1,33, was zu einem starken Luftwiderstand und damit zu einer langsamen, kontrollierten Fallbewegung führt.
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Definition: Die Reynolds-Zahl (Re) ist eine dimensionslose Kennzahl, die das Verhältnis von Trägheits- zu Zähigkeitskräften in einer Strömung beschreibt und für die Bestimmung des Strömungsverhaltens wichtig ist.
Diese Formeln und Konzepte bilden die Grundlage für das Verständnis und die Berechnung von Fallbewegungen und Strömungswiderständen in der Physik und im Ingenieurwesen.
Beim freien Fall wird nur die Gravitationskraft berücksichtigt, wobei die Freier Fall Formel $s = \frac{1}{2}gt^2$ die zurückgelegte Höhe beschreibt. Im Gegensatz dazu bezieht der reale Fall den Luftwiderstand mit ein, was durch die Luftwiderstand Formel $F_{LR} = \frac{1}{2}C_W A \rho v^2$ ausgedrückt wird. In der Realität erreicht ein fallender Körper daher eine Endgeschwindigkeit, wenn Gewichtskraft und Luftwiderstand im Gleichgewicht sind.
Die Geschwindigkeit eines Körpers im freien Fall kannst du mit der Freier Fall Geschwindigkeit Formel $v = g \cdot t$ berechnen. Dabei ist g der Ortsfaktor (normalerweise 9,81 m/s²) und t die Fallzeit in Sekunden. Wenn du zusätzlich eine Anfangsgeschwindigkeit berücksichtigen musst, wird diese zur berechneten Geschwindigkeit addiert. Für präzise Berechnungen gibt es auch online verfügbare Freier-Fall-Rechner.
Den Cw-Wert berücksichtigst du immer dann, wenn du die Strömungswiderstand-Effekte bei fallenden Objekten realistisch darstellen willst. Besonders wichtig ist dies bei Objekten mit großer Angriffsfläche wie Fallschirmen (Cw ≈ 1,33) oder wenn hohe Geschwindigkeiten erreicht werden. Bei Experimenten im Physikunterricht solltest du den Cw-Wert einbeziehen, wenn du ein präzises Protokoll erstellen willst, das die Abweichung vom idealen freien Fall erklärt.
Die Körperform bestimmt direkt den Cw-Wert, der wiederum die maximale Fallgeschwindigkeit eines Objekts beeinflusst. Stromlinienförmige Körper wie die optimierte Spindelform (Cw ≈ 0,02) erreichen deutlich höhere Endgeschwindigkeiten als beispielsweise eine quadratische Platte (Cw ≈ 1,11). Aus der Cw-Wert Tabelle kannst du entnehmen, dass ein stehender Mensch einen Wert von etwa 0,78 hat, während ein Pinguin mit 0,03 aerodynamisch viel effizienter ist.
Physik Oberstufe: Mechanik und Gravitation von Dorn-Bader, Schroedel 2019, Lehrbuch, Grundlegendes Lehrbuch mit ausführlicher Behandlung des freien Falls und der Luftwiderstandsberechnung - Link
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Formelsammlung Physik von Klett Verlag, 2021, Nachschlagewerk, Kompakte Zusammenstellung aller relevanten Formeln zum freien Fall, mit und ohne Luftwiderstand - Link
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Stefan S
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Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️
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Marcus B
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Sarah L
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