Ph10 Luftwiderstand: Unterschied zwischen den Versionen
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Version vom 13. Dezember 2020, 19:46 Uhr
Der Luftwiderstand ist die Reibungskraft, die ein sich relativ zur Luft bewegender Körper entgegen der Bewegungsrichtung erfährt. Die Luftwiderstandskraft F wirkt der Bewegung entgegen und hemmt sie. Das kennst du sicher vom Fahrradfahren.
Ihr Betrag F hängt ab von:
- der Form des Körpers, ausgedrückt durch den Widerstandsbeiwert cw,
- der Querschnittsfläche A senkrecht zur Bewegungsrichtung (dem Schattenquerschnitt),
- der Geschwindigkeit v des Körpers gegenüber der Luft und
- der Dichte ρL der Luft.
Mit diesen Größen berechnet sich W gemäß der Formel
Eine Herleitung der Formel findest du auf dieser Seite.
In diesem Video
wird die Luftreibung beim Radfahren und in diesem Video
der cw-Wert erklärt.
Werte für den cw-Wert:
Kreisscheibe: 1,1
Halbkugel mit Öffnung gegen die Luft: 1,3
Halbkugel mit Oberfläche gegen die Luft: 0,4
Stromlinienform: 0,1
2. Der Fallschirmspringer springt nach unten, auf ihn wirkt die Erdanziehungskraft, er macht also einen freien Fall. Seine Geschwindigkeit hat die Richtung nach unten und nimmt zu. (Die Geschwindigkeit ist negativ, da sie nach unten gerichtet ist.) Da die Luftwiderstandskraft FL mit 
zunimmt, ist diese irgendwann so groß wie die Gewichtskraft des Springers. Der Springer ist dann im Kräftegleichgewicht, nach unten wirkt seine Gewichtskraft und nach oben die gleich große Luftwiderstandskraft. Es wirkt auf ihn also keine resultierende Kraft. Nach dem Trägheitssatz bewegt er sich mit konstanter Geschwindigkeit weiter.
Aus dem Diagramm liest man ab v ≈ 41m/s = 148km/h.
3. Der erste Teil des Diagramms ist in 2. beschrieben. Da die Geschwindigkeit bei der Landung für den Springer tödlich wäre, öffnet er den Fallschirm. Dadurch wird seine Querschnittsfläche A sehr viel größer und die Luftwiderstandskraft wird dadurch auch sehr viel größer. Es wirkt nun eine größere Kraft nach oben als die Gewichtskraft des Springers nach unten. Der Springer wird dadurch abgebremst. Seine Geschwindigkeit nimmt ab, damit wird die Luftwiderstandskraft kleiner. Irgendwann ist sie wieder genauso groß wie die Gewichtskraft und der Springer ist dann in einem neuen Kräftegleichgewicht und fällt mit konstanter Geschwindigkeit weiter.
 Versuch
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