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Schwerkraft: die Kraft, die die Welt zusammenhält
Masse und Gewicht, warum ohne Luft alles gleich schnell fällt, Fallschirme, Gezeiten und schwebende Astronauten. Mit einem fairen Fallschirmversuch.
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Alles, was Masse hat (alles, was aus Stoff besteht), zieht alles andere an. Du und dein Tisch zieht euch auch an, aber viel zu schwach, um es zu spüren. Die Erde hat eine riesige Masse, darum zieht sie stark an dir. Je mehr Masse, desto stärker das Ziehen; je weiter weg, desto schwächer.[1]
Masse ist, wie viel Stoff du bist, und sie bleibt überall gleich. Gewicht ist, wie stark die Schwerkraft an dir zieht. Auf dem Mond beträgt die Fallbeschleunigung etwa 1,6 m/s², auf der Erde 9,8 m/s². Du würdest dort also nur etwa ein Sechstel wiegen. Auf dem Mars (3,7 m/s²) etwas mehr als ein Drittel, auf dem Jupiter (23,1 m/s²) fast zweieinhalbmal so viel.[2][1]
Früher glaubte man, schwere Dinge fallen schneller. 1586 ließen der flämische Ingenieur Simon Stevin und sein Freund Jan Cornets de Groot zwei Bleikugeln mit unterschiedlichem Gewicht von einem Kirchturm in Delft fallen. Sie landeten fast gleichzeitig. (Eine berühmte Geschichte erzählt, Galilei habe das vom Schiefen Turm von Pisa aus gemacht, aber dafür gibt es kaum Belege.)[10][11]
Ohne Luft fällt alles gleich schnell, egal wie viel Masse es hat. 1971 hat der Apollo-15-Astronaut David Scott das auf dem Mond getestet, wo es keine Luft gibt: Ein Hammer und eine Falkenfeder schlugen gleichzeitig auf.[6][3]
Auf der Erde drückt die Luft gegen fallende Dinge. Das nennt man Luftwiderstand. Große, flache Formen fangen mehr Luft; so funktioniert ein Fallschirm. Die Schwerkraft zieht genauso stark am Fallschirm, die Luft drückt nur stärker zurück.[6]
Die Schwerkraft reicht sehr weit. Die Schwerkraft der Erde hält den Mond auf seiner Bahn, und die Schwerkraft des Mondes zieht an den Ozeanen und verursacht Ebbe und Flut. Die Schwerkraft der Sonne hält die Erde und die anderen Planeten auf ihren Bahnen um die Sonne.[1][5]
Astronauten schweben in ihrer Raumstation, aber nicht, weil es dort oben keine Schwerkraft gibt. In etwa 400 km Höhe ist die Schwerkraft noch fast 90 % so stark wie am Boden! Die Station und alle darin fallen gemeinsam um die Erde herum, darum schweben sie.[4]
Ausprobieren: Der Fallschirmversuch
Du brauchst
- Eine dünne Plastiktüte oder Seidenpapier
- Faden oder dünne Schnur, Klebeband und eine Schere
- Für jeden Fallschirm dasselbe kleine Gewicht (zum Beispiel 3 Büroklammern oder ein Klümpchen Knete)
- Eine Stoppuhr (oder ein Handy)
- Ein Maßband
Sicherheit
Lass die Fallschirme im Stehen mit hochgestreckten Armen fallen, oder die Lehrkraft lässt sie von einem sicheren, stabilen Platz fallen. Klettere nie auf Stühle oder Tische. Vorsicht mit der Schere.
So geht's
- Schneide drei Quadrate aus der Plastiktüte: 10 cm, 20 cm und 30 cm breit.
- Klebe an jede Ecke einen 25 cm langen Faden und knote die vier Fäden an dasselbe Gewicht.
- Wähle eine Fallhöhe (zum Beispiel 2 Meter, gemessen). Lass immer aus dieser Höhe fallen.
- Lass jeden Fallschirm dreimal fallen und miss, wie lange er bis zum Boden braucht.
- Berechne für jede Größe die durchschnittliche Zeit. Welcher Fallschirm fällt am langsamsten?
Was passiert, und warum?
Die Schwerkraft zieht an jedem Fallschirm gleich stark, weil das Gewicht gleich ist. Der größere Schirm drückt gegen mehr Luft, darum ist der Luftwiderstand größer und der Fallschirm fällt langsamer. Das ist ein fairer Versuch: Du hast nur eine Sache verändert (die Größe) und Gewicht und Höhe gleich gelassen.[6]
Spielen: Geheimnisvolle Welt
Etwas fällt auf einer unbekannten Welt 10 Meter tief. Beobachte, wie schnell es fällt, und rate dann die Welt: Erde, Mond, Mars oder Jupiter?
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Quiz
Andere Altersstufen: 6–7 Jahre · 15–16 Jahre