Tach auch!
Es ist ganz einfach:
Schieb mal ein leeren und einen voll beladenen Kleinwagen an (alternativ: einen SMART und einen S-Klasse Mercedes - unter Vernachlässigung der etwas unterschiedlichen Größen), bis er mit Schrittgeschwindigkeit (irgendwas, zB. 4km/h) rollt.
Na?
Genau! Du brauchst bei schwereren Fahrzeug LÄNGER, bis du diese Geschwindigkeit erreichst. Klar, weil’s SCHWERER ist.
Man spricht in diesem Zusammenhang von TRÄGER MASSE, weil sich Massen durch ihre Trägheit einer Beschleunigung entgegensetzen (also: nix geht freiwillig, man braucht Energie/Arbeit, um etwas in Bewegung zu setzen).
Nun warst DU es, der geschoben, also Arbeit verrichtet, hat. In die Beschleunigung des schwereren Autos hast zu mehr Arbeit investieren müssen. Wer verrichtet die Arbeit, wenn die Radler nur bergab rollen? Ja, die Schwerkraft. Und hier gilt ganz logischerweise: Je schwerer etwas ist, desto mehr Arbeit leistet die Schwerkraft.
Je schwerer die Masse, desto größer die Schwerkraft, also desto mehr Arbeit (pro Zeit) leistet die Schwerkraft zur Beschleunigung des Körpers. Hier spricht man nun von SCHWERER MASSE.
Jetzt der Gedankenblitz: Für einen schwereren Gegenstand leistet die Schwerkraft GENAU soviel mehr Arbeit, wie zur SELBEN Beschleunigung eines leichteren Gegenstandes benötigt wird. Andesr formuliert:
SCHWERE MASSE = TRÄGE MASSE
(das gilt zumindest für "irdische Geschwindigkeiten; nach der allg. Relativitätstheorie wächst die träge Masse mit der Geschwindigkeit - aber das ist hier total egal!)
Will heißen:
Das „mehr“ an Schwerkraft-Power wird durch das „mehr“ an Träger Masse exakt ausgeglichen. Damit beschleunigt die Schwerkraft alle Körper, ganz unabhängig von ihrer Masse, immer in genau gleicher Weise.
Das scheint unserer Erfahrung zu widersprechen, aber nur aus einem Grund: Bei unserer Alltagserfahrung überlagern sich die Effekte der Schwerkraft UND des Luftwiderstandes! Natürlich fällt ein Hammer schneller als eine Feder, aber eben NUR, weil die Feder durch die Luft gebremst wird. Ohne Luft fallen beide gleich schnell, das ist auch schon vielfach demonstriert worden.
Jeder Gegenstand wird von der Schwerkraft solange weiter beschleunigt, bis die Summe der Kräfte (hier vor allem eben der Luftwiderstand, manchmal auch noch etwas Rollreibung usw) genauso groß sind wie die Schwerkraft. Hier reicht der Feder in der Luft schon ein paar cm pro Sekunde, schneller wird sie nicht. Der Hammer würde sehr schnell werden, wenn man ihn tief genug fallen ließe…
Der Luftwiderstand ist nur von der Größe und Form des Körpers abhängig und hat nichts mit dessen Gewicht zu tun. Bei zwei Radfahrern wird der schwerere vielleicht ein wenig größer sein, womöglich auch „runder“. Alles in allem wird aber sein Luftwiderstand - wenn überhaupt - nur unwesentlich größer sein als der des leichteren Radlers. Beide Radler verlieren also bei gleichen Geschwindigkeiten die gleiche Menge Energie/Arbeit an die Luft. Der schwerere Radler bekommt aber mehr Energie durch seine größere schwere Masse. Das Gleichgewicht zwischen Luftwiderstand und Schwerkraft ist bei dem schwereren Radfahrer also mehr zur Schwerkraft hin verschoben, darum wird er schneller.
Die _Beschleunigung_ ist übrigends am Anfang, wenn der Luftwiderstand vernachlässigbar gering ist, nahezu gleich. Die Beschleunigung nimmt für den leichteren Radler aber bei einer geringeren Geschwindigkeit schon merklich ab, während der schwerere noch weiter beschleunigt.
Alles klar?
Gruß,
Jochen
