Freier Fall und Fallbeschleunigung

Free Fall and Gravitational Acceleration

Physik Klasse 8 14 Aufgaben
MechanikFreier FallFallbeschleunigungBeschleunigungKerncurriculum

Im freien Fall fallen in Bodennähe — bei vernachlässigtem Luftwiderstand — alle Körper mit derselben Beschleunigung, der Fallbeschleunigung g ≈ 10 m/s²: die schwere Kugel nicht schneller als die leichte. Das ist der saubere Fall gleichmäßig beschleunigter Bewegung und zerlegt die hartnäckigste Alltagsvorstellung der Mechanik, „schwere Körper fallen schneller" (aristotelisch; McCloskey 1983). Zwei weitere Fehldeutungen fallen mit: g sei eine Geschwindigkeit statt einer Beschleunigung, und ein Körper falle ohne Luft gar nicht — angetrieben wird der Fall von der Gewichtskraft, nicht vom Luftdruck. Trägt den realen Fall mit Luftwiderstand und die quantitative Kinematik der Oberstufe.

Voraussetzungen (1)

Kräfte und Gleichgewicht
Klasse 8
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Leicht
Wahr / Falsch #1 18s ▶ Testen

Eine schwere Eisenkugel und eine leichte Holzkugel fallen (ohne Luftwiderstand) gleich schnell.

✓ Wahr
Richtig. In Bodennähe fallen alle Körper mit derselben Fallbeschleunigung g. Die schwere Kugel fällt nicht schneller als die leichte — die verbreitete Vorstellung „schwere Körper fallen schneller" ist falsch.
Zahleneingabe #2 18s ▶ Testen

Ein Stein fällt aus der Ruhe frei nach unten (g = 10 m/s²). Welche Geschwindigkeit (in m/s) hat er nach 2 Sekunden?

✓ Antwort: 20
v = g · t = 10 m/s² · 2 s = 20 m/s.
Zahleneingabe #3 18s ▶ Testen

Ein Körper fällt aus der Ruhe frei (g = 10 m/s²). Welche Geschwindigkeit (in m/s) hat er nach 4 Sekunden?

✓ Antwort: 40
v = g · t = 10 m/s² · 4 s = 40 m/s.
Lückentext #4 15s ▶ Testen

In Bodennähe fallen alle Körper (ohne Luftwiderstand) mit der gleichen Beschleunigung, der ___.

✓ Antwort: Fallbeschleunigung
Die Fallbeschleunigung g ≈ 10 m/s² ist für alle Körper am selben Ort gleich. Sie ist eine Beschleunigung, kein Tempo.
Multiple Choice #5 20s ▶ Testen

Ein Apfel löst sich vom Baum und fällt. Welche Kraft beschleunigt ihn nach unten?

  • ● Die Gewichtskraft — die Erde zieht ihn an
  • ○ Der Luftdruck, der von oben auf ihn drückt
  • ○ Eine im Apfel gespeicherte Fallkraft
Der freie Fall ist die Bewegung unter der Gewichtskraft F_G = m · g. Es gibt keine „gespeicherte Fallkraft" im Apfel, und der Luftdruck treibt den Fall nicht an.
Mittel
Multiple Choice #1 22s ▶ Testen

Zwei Kugeln, eine mit 1 kg und eine mit 5 kg, fallen im Vakuum aus gleicher Höhe los. Welche kommt zuerst unten an?

  • ● Beide gleichzeitig
  • ○ Die 5-kg-Kugel, weil sie schwerer ist
  • ○ Die 1-kg-Kugel, weil sie leichter ist
Ohne Luftwiderstand fallen alle Körper mit derselben Beschleunigung g. Die Masse spielt keine Rolle — beide Kugeln kommen gleichzeitig an. „Schwerer fällt schneller" gilt nur scheinbar, wegen des Luftwiderstands.
Zahleneingabe #2 25s ▶ Testen

Ein Ball fällt aus der Ruhe frei (g = 10 m/s²). Welche Strecke (in Metern) fällt er in den ersten 2 Sekunden?

✓ Antwort: 20
s = ½ · g · t² = ½ · 10 m/s² · (2 s)² = ½ · 10 · 4 m = 20 m.
Wahr / Falsch #3 20s ▶ Testen

Im luftleeren Raum (Vakuum) fällt ein Körper gar nicht, weil ihn keine Luft nach unten drückt.

✓ Falsch
Falsch. Den Fall verursacht die Gewichtskraft (die Anziehung der Erde), nicht der Luftdruck. Im Vakuum fällt ein Körper sogar besonders sauber, weil kein Luftwiderstand bremst.
Multiple Choice #4 22s ▶ Testen

Ein Stein fällt frei. Was bedeutet die Fallbeschleunigung g ≈ 10 m/s²?

  • ● Seine Geschwindigkeit nimmt pro Sekunde um etwa 10 m/s zu
  • ○ Er fällt mit etwa 10 m/s nach unten
  • ○ Er fällt insgesamt etwa 10 m weit
g ist eine Beschleunigung — eine Geschwindigkeitsänderung pro Zeit. g ≈ 10 m/s² heißt, die Fallgeschwindigkeit wächst jede Sekunde um rund 10 m/s, nicht dass Tempo oder Strecke 10 betragen.
Wahr / Falsch #5 18s ▶ Testen

Ein Stein fällt frei und ist nach 1 s 10 m/s, nach 2 s 20 m/s schnell. Fällt er die ganze Zeit mit gleichbleibender Geschwindigkeit?

✓ Falsch
Falsch. Die Geschwindigkeit wächst je Sekunde um g ≈ 10 m/s (10 → 20 m/s), bleibt also nicht gleich. Der freie Fall ist eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung (a = g ≈ 10 m/s²), keine gleichförmige.
Zahleneingabe #6 18s ▶ Testen

Ein Stein fällt aus der Ruhe frei (g = 10 m/s²). Welche Geschwindigkeit (in m/s) hat er nach 3 Sekunden?

✓ Antwort: 30
v = g · t = 10 m/s² · 3 s = 30 m/s (etwa 108 km/h).
Multiple Choice #7 25s ▶ Testen

Eine Feder und eine Münze fallen in der Luft — die Münze kommt zuerst unten an. Woran liegt das?

  • ● Am Luftwiderstand — im Vakuum fielen beide gleich schnell
  • ○ An der Masse — schwere Körper fallen immer schneller
  • ○ Die Feder hat keine Gewichtskraft
Die Feder wird durch den Luftwiderstand viel stärker gebremst als die kompakte Münze. Ohne Luft (im Vakuum) fielen beide mit g und kämen gleichzeitig an. In Luft entscheidet, wie groß der Luftwiderstand im Vergleich zur Gewichtskraft ist — bei der leichten, breiten Feder fast so groß wie ihre Gewichtskraft, bei der kompakten Münze winzig.
Schwer
Wahr / Falsch #1 25s ▶ Testen

Am höchsten Punkt eines senkrecht hochgeworfenen Balls ist die Geschwindigkeit kurz null — also ist dort auch die Beschleunigung null.

✓ Falsch
Falsch. Am höchsten Punkt ist die Geschwindigkeit null, aber die Gewichtskraft wirkt weiter — die Beschleunigung ist auch dort g ≈ 10 m/s² nach unten. Geschwindigkeit null bedeutet nicht Beschleunigung null.
Zahleneingabe #2 28s ▶ Testen

Ein Ball fällt aus der Ruhe frei (g = 10 m/s²). Welche Strecke (in Metern) fällt er in 3 Sekunden?

✓ Antwort: 45
s = ½ · g · t² = ½ · 10 m/s² · (3 s)² = ½ · 10 · 9 m = 45 m.