Physik
Warum wird man beim Fallen immer schneller?
Weil die Schwerkraft nicht nur einmal, sondern während des gesamten Falls ununterbrochen auf den Körper wirkt. Jede Sekunde kommt neue Geschwindigkeit dazu, deshalb beschleunigt ein fallender Körper immer weiter, bis der Luftwiderstand ihn ausbremst.
Kraft heißt nicht schnell, sondern immer schneller
Im Alltag denkt man oft, eine Kraft würde einen Gegenstand einmal 'anschubsen' und danach bewegt er sich einfach mit gleichbleibendem Tempo weiter. Beim freien Fall ist das anders. Die Erdanziehungskraft hört nicht auf zu wirken, sobald man losfällt. Sie zieht ununterbrochen, Moment für Moment, am Körper. Physikalisch bedeutet eine dauerhaft wirkende Kraft eine dauerhafte Beschleunigung. Das ist der entscheidende Unterschied: Geschwindigkeit ist, wie schnell man sich bewegt, Beschleunigung ist, wie stark sich diese Geschwindigkeit von einem Moment zum nächsten verändert. Beim Fallen wächst die Geschwindigkeit deshalb ständig weiter an, solange die Schwerkraft ungestört wirken kann.
Die Erdbeschleunigung: jede Sekunde 9,81 m/s dazu
Die Stärke dieser Beschleunigung hat einen festen Namen und einen festen Wert: die Erdbeschleunigung g, ungefähr 9,81 Meter pro Sekunde im Quadrat. Das klingt kompliziert, heißt aber einfach: Jede Sekunde des Falls kommen etwa 9,81 Meter pro Sekunde an Geschwindigkeit dazu. Nach einer Sekunde fällt man mit rund 9,81 m/s, nach zwei Sekunden schon mit knapp 19,6 m/s, nach drei Sekunden mit rund 29,4 m/s. Ohne Luftwiderstand folgt die Geschwindigkeit exakt der einfachen Formel v = g mal t, bekannt als Galileis Fallgesetz. Diese Beziehung ist einer der Grundpfeiler der klassischen Mechanik und gilt für jeden Körper gleichermaßen, unabhängig von seiner Masse. Ein Stein und eine Feder würden im Vakuum exakt gleich schnell fallen, weil die Erdbeschleunigung nicht vom Gewicht des Objekts abhängt.
Warum fallen dann nicht alle Dinge gleich schnell?
Im echten Leben, also mit Luft um uns herum, sieht das anders aus, und genau das führt oft zu Verwirrung. Eine Feder segelt sichtbar langsamer zu Boden als ein Stein, obwohl beide der gleichen Erdbeschleunigung unterliegen. Der Grund ist nicht die Schwerkraft selbst, sondern der Luftwiderstand. Er wirkt der Fallbewegung entgegen und wird umso stärker, je schneller ein Objekt wird und je mehr Fläche es der Luft entgegenstellt. Eine Feder hat im Verhältnis zu ihrem Gewicht eine sehr große Angriffsfläche, deshalb bremst sie die Luft fast sofort spürbar ab. Ein kompakter Stein dagegen fällt fast so, als gäbe es kaum Luftwiderstand, zumindest über kurze Fallstrecken.
Warum man nicht unendlich schnell wird: die Grenzgeschwindigkeit
Auch bei einem Stein oder einem fallenden Menschen wächst die Geschwindigkeit nicht ewig weiter. Mit zunehmendem Tempo wächst der Luftwiderstand immer stärker an, weil er von der Geschwindigkeit selbst abhängt. Irgendwann ist die bremsende Kraft der Luft genauso groß wie die beschleunigende Kraft der Schwerkraft. Ab diesem Punkt heben sich beide Kräfte gegenseitig auf, es gibt keine Nettobeschleunigung mehr, und die Geschwindigkeit bleibt konstant. Diesen Zustand nennt man die Grenzgeschwindigkeit oder Endgeschwindigkeit. Ein Mensch im freien Fall erreicht sie nach einigen Sekunden und fällt danach mit annähernd gleichbleibendem Tempo weiter, bis zum Beispiel ein Fallschirm die Fläche und damit den Luftwiderstand drastisch erhöht.
Warum ein Sturz aus größerer Höhe so viel gefährlicher ist
Aus dem Zusammenspiel von ständiger Beschleunigung und wachsendem Luftwiderstand folgt eine wichtige praktische Konsequenz: Die Fallhöhe entscheidet direkt darüber, wie viel Geschwindigkeit und damit Energie beim Aufprall vorhanden ist. Ein Sprung aus einem Meter Höhe dauert nur einen Bruchteil einer Sekunde, entsprechend gering bleibt die erreichte Geschwindigkeit. Aus drei Metern Höhe hat der Körper deutlich länger Zeit zu beschleunigen und trifft mit spürbar mehr Tempo auf. Das Gefährliche an großen Fallhöhen ist also nicht nur die größere Strecke, sondern vor allem die dabei aufgebaute höhere Geschwindigkeit, die beim abrupten Abbremsen am Boden oder im Wasser als Kraft auf den Körper wirkt.
Haeufige Fragen
Fallen schwere und leichte Gegenstände unterschiedlich schnell?
Ohne Luft fallen alle Körper gleich schnell, unabhängig vom Gewicht. Der Unterschied im Alltag entsteht allein durch den Luftwiderstand, der bei leichten, großflächigen Objekten wie einer Feder viel stärker bremst.
Wie schnell wird man beim freien Fall maximal?
Das hängt von Körperhaltung und Fläche ab. Irgendwann gleichen sich Schwerkraft und Luftwiderstand aus, danach bleibt die Geschwindigkeit als sogenannte Grenzgeschwindigkeit gleich.
Warum spürt man beim Fallen ein Gefühl der Schwerelosigkeit?
Im freien Fall wirkt keine Gegenkraft eines Untergrunds mehr auf den Körper, alle Körperteile beschleunigen gleich schnell. Dadurch fühlt es sich an, als gäbe es keine Schwerkraft, obwohl sie weiterhin voll wirkt.