Wie war das noch - Schulwissen neu aufpoliert

Titel: Wie war das noch - Schulwissen neu aufpoliert Kostenlos Bücher Online Lesen
Autoren: Martin Tzschaschel

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Kraft mal Weg.

    Gravitation ist die Kraft, mit der sich zwei Körper gegenseitig anziehen. Je mehr Masse ein Körper hat, desto größer ist seine Anziehungskraft. Was macht die Gravitation? Sie bewirkt:
dass die Sonne die Erde und andere Planeten anzieht und auf ihrer Umlaufbahn hält,
dass die Erde den Mond anzieht,
dass der Mond auf der Erde in den Meeren Ebbe und Flut entstehen lässt,
dass sich jeder Gegenstand, wenn er fällt, in Richtung Erde bewegt; in diesem Fall nennt man die Gravitation auch Schwerkraft.

    Unglaublich, aber wahr (das kommt in der Physik häufig vor): Die Erde zieht nicht nur den Apfel an, der vom Baum fällt, sondern auch umgekehrt – der Apfel zieht auch die Erde an! Da die Erde viel, viel größer ist als der Apfel, fällt das bisschen Schwerkraft, das er erzeugt, im wahrsten Sinn des Wortes nicht ins Gewicht. Dennoch ist es so, siehe oben: Gravitation ist immer die Kraft, mit der sich zwei Körper gegenseitig anziehen.


    Was wäre wohl einfacher: einen hundert Meter langen Weg mit einer großen Steigung bergauf zu gehen oder einen zweihundert Meter langen Weg, der nur halb so steil ist? Der Aufwand ist derselbe. Denn es gilt der physikalische Satz:
    Doppelter Weg = halbe Kraft
    Umgekehrt gilt: Was man an Kraft spart, muss man an Weg zusetzen. Wenn man zum Beispiel einen schweren Schrank anheben will, kann man kräftesparend einen Hebel einsetzen; je länger er ist (Weg), desto leichter (Kraft) lässt sich der Schrank bewegen. Auch wer die zwei langen Griffe einer Kneifzange oder eines Bolzenschneiders zusammendrückt, spart Kraft und muss dafür viel »Weg« zurücklegen. Nicht gespart hat er aber Arbeit, denn die bleibt unverändert.


    Ein Weg, der eine Steigung von hundert Prozent hat, führt übrigens nicht senkrecht nach oben. Stellen Sie sich eine Strecke vor, die vom Startpunkt aus waagerecht zwei Meter geradeaus und dann zwei Meter senkrecht nach oben führt: Wenn man
nun ein Brett vom Startpunkt zum Endpunkt legt (es wäre etwa 2,83 Meter lang), dann bildet es eine Steigung von genau 100 Prozent; mit anderen Worten: eine schiefe Ebene mit einem Winkel von 45 Grad.
    Was fällt schneller: ein kleiner Stein oder ein großer?

    Schon 1630 hat Galileo Galilei ein einfaches Gedankenexperiment gemacht: Angenommen, ein großer Stein fällt schneller als ein kleiner; der große mit dem fiktiven Wert 8 und der kleine mit dem Wert 4. Wenn man beide zusammenbindet und von einem Turm wirft, dann müsste der große den kleinen beschleunigen und der kleine den großen abbremsen. Sie fallen also vielleicht mit dem Wert 7. Da die Steine aber zusammengebunden sind, entsprechen sie einem einzigen Stein, und zwar einem besonders großen; er müsste deshalb mit einem Wert fallen, der vielleicht 9 entspricht. Ja, was denn nun: 7 oder 9? Ein unlösbarer Widerspruch. Weshalb Galilei zu recht erklärte: Beides ist falsch, denn in Wirklichkeit fallen beide Steine gleich schnell.
    Zwar würde eine Zeitungsseite langsamer zu Boden sinken als ein Stein, aber das liegt an ihrer großen Fläche und am Luftwiderstand. Der Luftwiderstand ist die Kraft, die der Bewegungsrichtung entgegenwirkt. Im luftleeren Raum ( Vakuum ) fallen Papier und Stein gleich schnell.
    Warum ein Flugzeug fliegt

    Jeder weiß zwar, dass es funktioniert, aber es löst trotzdem immer wieder Gefühle der Bewunderung aus, wenn sich ein 300 000 Kilo schweres Passagierflugzeug in die Luft erhebt. Wie ist das möglich? Dass die Kraft, die hier wirkt, Auftrieb heißt und sozusagen das Gegenteil der Schwerkraft ist, weiß man vielleicht, aber auch das hilft nicht wirklich weiter.
    Dabei ist es eigentlich ganz einfach: Auftrieb entsteht schon, wenn man von unten gegen ein Blatt Papier pustet, das sich daraufhin nach oben bewegt. Ob sich die Luft in Richtung Papier bewegt oder das Papier gegen die Luft, wie es beim Drachensteigen geschieht, ist einerlei. Beim Flugzeug, von starken Motoren angetrieben, ist es natürlich nicht die Luft, sondern es sind die (leicht aufgestellten) Tragflächen, die sich bewegen und für Auftrieb sorgen. Doch die Kraft, die auf diese Weise unter den Tragflächen entsteht, macht nur etwa ein Drittel des Auftriebs aus. Wie entstehen die übrigen zwei Drittel?
    Ein kleines Experiment: Wenn man zwei Bücher nebeneinander flach auf einen Tisch legt, dazwischen ein paar Zentimeter Platz lässt und über diese Lücke ein Blatt Papier als Brücke legt – was passiert wohl, wenn man unter dieser Brücke hindurch