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Physikfrage - Ball fallen lassen

[pG]fire_de

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1

24.05.2010, 21:44

Physikfrage - Ball fallen lassen

Hallo,

Habe mit einem Kumpel über zwei verschiedene Sachen gewettet und würde gerne eure Meinung hören wer Recht hat. Werde nicht bekannt gegeben auf was ich selber gesetzt habe.

1. Fall:
Es schwebt ein Heißluftballon in 1000 Meter Höhe. Aus diesem Heißluftballon wird ein Ball fallen gelassen. Gleichzeitig fliegt auch ein Flugzeug mit einer Geschwindigkeit von 200kmh auch in 1000 Meter Höhe. Aus diesem Flugzeug wird auch ein Ball fallen gelassen.
Welcher Ball kommt zuerst auf dem Boden an?

2. Fall:
Wir haben ein Maschine, welche Bälle aus dem Boden herausschießen kann. Einmal wird ein Ball senkrecht nach oben geschossen und hat seinen höchsten Punkt bei 1,001 Metern.
Aus der anderen Maschine wird der Ball mit einem Winkel von 0,001 Grad heraus geschossen und erreicht seinen höchsten Punkt bei 1 Meter.
Welcher Ball kommt zuerst auf dem Boden an?


Wäre nett, wenn ihr sagen könntet wie ihr zu eurer Meinung kommt und wenn sich Physikstudenten und ähnliche besonders kennzeichnen könnten!

jens

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2

24.05.2010, 21:53

RE: Physikfrage - Ball fallen lassen

Zitat

Original von [pG]fire_de
Hallo,

Habe mit einem Kumpel über zwei verschiedene Sachen gewettet und würde gerne eure Meinung hören wer Recht hat. Werde nicht bekannt gegeben auf was ich selber gesetzt habe.

1. Fall:
Es schwebt ein Heißluftballon in 1000 Meter Höhe. Aus diesem Heißluftballon wird ein Ball fallen gelassen. Gleichzeitig fliegt auch ein Flugzeug mit einer Geschwindigkeit von 200kmh auch in 1000 Meter Höhe. Aus diesem Flugzeug wird auch ein Ball fallen gelassen.
Welcher Ball kommt zuerst auf dem Boden an?



beide gleichzeitig natürlich, sofern die 200km/h nur horizontale geschw sind und sich das flugzeug nicht im steig/sinkflug befindet.

Zitat



2. Fall:
Wir haben ein Maschine, welche Bälle aus dem Boden herausschießen kann. Einmal wird ein Ball senkrecht nach oben geschossen und hat seinen höchsten Punkt bei 1,001 Metern.
Aus der anderen Maschine wird der Ball mit einem Winkel von 0,001 Grad heraus geschossen und erreicht seinen höchsten Punkt bei 1 Meter.
Welcher Ball kommt zuerst auf dem Boden an?




wenn die bälle gleichzeitig ihren höchsten punkt erreichen (ich denke mal so ist es gemeint): der ball, der seinen höchsten punkt bei einem meter hat !

grund:

der höchste punkt entspricht einer vertikalen geschwindigkeit von 0 m/s. danach werden die bälle, unabhängig von ihrer vorherigen bewegung, mit 9,81m/s zum boden hin beschleunigt. (reibungskräfte vernachlässigt)

die horizontale geschwindigkeit des balles ist für das aufkommen aufm grund völlig irrelevant.

Zitat



Wäre nett, wenn ihr sagen könntet wie ihr zu eurer Meinung kommt und wenn sich Physikstudenten und ähnliche besonders kennzeichnen könnten!


physikstudent :D

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »jens« (24.05.2010, 21:55)

[pG]fire_de

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24.05.2010, 21:57

RE: Physikfrage - Ball fallen lassen

Zitat

Original von jens

Zitat



2. Fall:
Wir haben ein Maschine, welche Bälle aus dem Boden herausschießen kann. Einmal wird ein Ball senkrecht nach oben geschossen und hat seinen höchsten Punkt bei 1,001 Metern.
Aus der anderen Maschine wird der Ball mit einem Winkel von 0,001 Grad heraus geschossen und erreicht seinen höchsten Punkt bei 1 Meter.
Welcher Ball kommt zuerst auf dem Boden an?




wenn die bälle gleichzeitig ihren höchsten punkt erreichen (ich denke mal so ist es gemeint): der ball, der seinen höchsten punkt bei einem meter hat !


ich weiß nicht ob die bälle immer gleichzeitig den höchsten punkt erreichen... hängt die zeit die der ball bis zum höchsten punkt braucht von dem grad und der geschwindigkeit ab oder NUR wie hoch der höchste punkt überhaupt ist?


aber danke schonmal

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »[pG]fire_de« (24.05.2010, 21:57)

jens

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24.05.2010, 21:59

wenn sie von gleicher höhe abgeschossen werden, dann kommen die bälle auch gleichzeitig in einem meter an ( bzw der ball, der auf 1,001m geht, kommt etwas schneller bei 1m an, aber dennoch langsamer bei 1,001m als der andere bei einem meter. hoffe das war jetzt nicht zu verwirrend ausgedrückt :D). es ist also weiterhin der ball, der nur auf einen meter hochgeht wieder schneller am boden.

also nochmal genau: wie schnell der ball auf seine höchste position kommt, hängt nur von eben dieser höhe ab. jeder ball, der seine höchste höhe bei einem meter hat, kommt da genau gleich schnell hin, egal in welchem winkel er abgeschossen wird.

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »jens« (24.05.2010, 22:02)

[pG]fire_de

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24.05.2010, 22:02

danke, habe verstanden was du gesagt hast.

AtroX_Worf

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24.05.2010, 22:06

Bei 1. gleichzeitig, wenn man Luftwiederstand, Erdkrümmung etc. alles vernachlässigt, also wenn es nur um die Frage geht, wie sich Geschwindigkeitsvektoren verhalten.

Bei 2. kommt erreicht der Ball mit 1m Maximalhöhe entweder eher diese Höhe, oder wenn beide Bälle ihr Maximum zeitsynchron erreichen, dann hat der niedrigere trotzdem den kürzeren Weg zur Erde und mindestens eine gleich große Beschleunigung wie der andere Ball.

€dit: Wies jens sagt, man spaltet den resultierenden Geschwindigkeitsvektor einfach in seine vertikalen und horizontalen Komponenten auf und beachtet nur die vertikalen. So sollte es deutlich werden.

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »AtroX_Worf« (24.05.2010, 22:07)

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24.05.2010, 22:07

Zitat

Original von AtroX_Worf
Bei 1. gleichzeitig, wenn man Luftwiederstand, Erdkrümmung etc. alles vernachlässigt, also wenn es nur um die Frage geht, wie sich Geschwindigkeitsvektoren verhalten.


luftwiderstand muss man nicht vernachlässigen oder?

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24.05.2010, 22:10

btw, ich hatte auch so wie ihr beide argumentiert. erstaunlicherweise hat bisher fast jeder andere den ich gefragt habe anders geantwortet.
der vater von ner freundin ist physikprofessor und sie leitet ihm morgen die frage per email weiter und die zählt dann als "offizielle" antwort.

aber ihr habt mir beide zuversicht gegeben :)

kesselchen

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24.05.2010, 22:15

kann auch bestätigen, dass ich aus dem Physikunterricht noch weiss, das die waagerechte Geschwindigkeit keine Rolle für die Falldauer hat

es ist zB wurscht ob ich ein Projektil waagerecht mit einer Pistole wegschiesse oder es fallen lasse, die Fallgeschwindigkeit/dauer ist gleich
edit: Erdkrümmung vernachlässigt

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »kesselchen« (24.05.2010, 22:18)

jens

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10

24.05.2010, 22:20

Zitat

Original von [pG]fire_de

Zitat

Original von AtroX_Worf
Bei 1. gleichzeitig, wenn man Luftwiederstand, Erdkrümmung etc. alles vernachlässigt, also wenn es nur um die Frage geht, wie sich Geschwindigkeitsvektoren verhalten.


luftwiderstand muss man nicht vernachlässigen oder?


schwierige frage, könnte durchaus sein, dass bei nichtvernachlässigung des luftwiderstandes der ball vom heißluftballon ein klein wenig schneller ankommt, solltest du vielleich einen maschinenbauer mit ahnung von strömungslehre fragen, ich selber hab grad keine lust mich da reinzudenken :D

AtroX_Worf

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24.05.2010, 22:24

Der Luftwiderstand ist schon entscheident, weil beide Projektile ja eine unterschiedliche Strecke in der Luft zurücklegen.

jens

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12

24.05.2010, 22:26

naja aber nicht in vertikaler richtung. die frage ist eher, ob reibung in horizontaler richtung meine geschwindigkeit in vertikaler richtung irgendwie beeinflusst, was keine triviale frage ist .... (aber es ist zu vermuten, dass dies zumindest in kleinen ausmaßen der fall sein wird.. )

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »jens« (24.05.2010, 22:27)

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13

24.05.2010, 22:28

ja, das dachte ich auch... der luftwiderstand in vertikaler richtung sollte doch gleich sein.

das der luftwiderstand in der horizontalen richtung einen einfluss auf die vertikale richtung haben könnte habe ich nicht bedacht.

kesselchen

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24.05.2010, 22:28

@Worf: das ist doch irgendwie unlogisch imho; wenn man von Strömungen absieht, muss das doch Wurscht sein

edit: ich meinte "externe" Strömungen, zufällige Aufwinde oder sowas

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »kesselchen« (24.05.2010, 22:38)

AtroX_Worf

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24.05.2010, 22:33

Zitat

Original von jens
naja aber nicht in vertikaler richtung. die frage ist eher, ob reibung in horizontaler richtung meine geschwindigkeit in vertikaler richtung irgendwie beeinflusst, was keine triviale frage ist .... (aber es ist zu vermuten, dass dies zumindest in kleinen ausmaßen der fall sein wird.. )

Ja, so habe ich auch gedacht, aber dann bekommt man doch einen Drall von der Erde weg, was bei vertikalen Luftwiderstand geringfügig mehr bremsen müsste...oder?

€dit: @kesselchen, aber die Frage nach Luftwiderstand etc. ist doch gerade die Frage nach dem Strömungsverhalten?!

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »AtroX_Worf« (24.05.2010, 22:33)

plexiq

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24.05.2010, 22:33

Wenn du den Luftwiderstand nicht vernachlässigst müsste der Ball aus dem Flugzeug / bzw der mit 0,001 Grad später aufkommen? (Nachdem der Luftwiderstand quadratisch mit v steigt, sollte er imo einen unterschied machen - würd er linear steigen wär die vertikale geschwindigkeit egal?)

Keine physik vorbildung o_O

Rommel

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24.05.2010, 22:39

objekte ab 240 km/h fliegen doch und fallen nicht. flugzeuge zb. hab ich mal im proletenfernsehen gesehen jedenfalls. und der ball müsste doch ne zeitlang noch über dieser geschwindigkeit sein. oder ist da der luftwiderstand wichtig?

AtroX_Worf

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24.05.2010, 22:54

Fliegen hat etwas mit der Umströmung des Objektes zu tun, ob dadurch ein Auftrieb entsteht. Bei einem fallendem Ball ist dies wohl nicht der Fall.

Außerdem tritt durch den Luftwiderstand der Strömung Reibung auf, d.h. das Objekte müsste sich selbst beschleunigen. Ein Segelflieger gleitet ja auch nur (oder nutzt mal einen Aufwind), er fliegt auch nicht selbst.

pitt82

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24.05.2010, 22:54

Also ich denke dass bei der Sache mit dem Flugzeug die Erdkrümmung schon einen Einfluss auf die Fallzeit haben könnte.

kOa_Master

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25.05.2010, 00:26

kaum, du hast auf horizontaler richtung ja keine beschleunigung. der ball bremst EXTREM schnell ab und wird vielleicht einen kilometer oder zwei weiter kommen als der vertikale - das macht doch keinen unterschied (ja rechnet es aus, aber die differenz ist wahrscheinlich nichtmal im promille-bereich^^)

fluid-dynamisch wird auch der "beidseitige" luftwiderstand noch keine rolle spielen (also vertikal und horizontal). verwirbelungen und turbulenzen hingegen schon eher, aber das ist dann ziemlich komplex und sowieso nicht pauschal zu beantworten. naja zumindest nicht von mir^^

aber: wenn du das experiment tatsächlich durchführen würdest, gäbe es dann doch noch unterschiede wegen dem drall und der ballverformung, die bei einem ball mit zusätzlicher horizontalgeschwindigkeit das flugverhalten ändern würde. vorausgesetzt du sprichst wirklich von einem ball.


nehmt halt als beispiel eine kanonenkugel, da wird dann die sache vielleicht klarer :)

[pG]fire_de

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21

25.05.2010, 00:34

Zitat

Original von pitt82
Also ich denke dass bei der Sache mit dem Flugzeug die Erdkrümmung schon einen Einfluss auf die Fallzeit haben könnte.


die erdkrümmung soll vernachlässigt werden...

[pG]fire_de

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25.05.2010, 00:40

Zitat

Original von kOa_Master
nehmt halt als beispiel eine kanonenkugel, da wird dann die sache vielleicht klarer :)


mal von anfang an...
ich habe letztens mit dem gleichen freund darüber gewettet wie man den ball höher in die luft werfen kann. er meinte in dem man ihn von unten nach oben wirft (also fast senkrecht nach oben) und ich meinte es wäre besser wenn man den ball wie beim weitwurf werfen sollte, aber in einem relativ spitzen winkel.

wir haben das dann mal gemacht, hatten aber probleme damit zu erkennen welcher ball höher in der luft war. ich meinte dann das wir einfach die zeit vom abwurf bis zum aufprall auf den boden messen sollten, da diese zeit nur von der Höhe abhing. er hat mir nicht geglaubt und so kamen wir zu frage 2, wo ich mir nicht wirklich sicher war.

daraus haben wir dann frage 1 abgeleitet, bei welcher ich mir ziemlich sicher war.

es geht von meiner seite aus auch nicht das so unter den extremen bedingungen genau zu beweisen, sondern im grunde einfach, dass die fallzeit unabhängig von der anfänglichen vertikalgeschwindigkeit ist.

Imp_eleven

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25.05.2010, 00:59

case 1: beide gleichzeitig

case 2: der schräge ball kommt eher wieder zurück.

pitt82

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24

25.05.2010, 01:08

Zitat

Original von [pG]fire_de

Zitat

Original von pitt82
Also ich denke dass bei der Sache mit dem Flugzeug die Erdkrümmung schon einen Einfluss auf die Fallzeit haben könnte.


die erdkrümmung soll vernachlässigt werden...


Wie langweilig :(

CID_God_at

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25

25.05.2010, 01:09

Hmm ganz versteh ich das nicht der Ball aus dem Flugzeug hat ja eine längere Wegstrecke zurück zu legen weil er ja noch in Vorwärtsbewegung ist, das muss sich doch auf die Zeit auswirken... siehe Bild :D
»CID_God_at« hat folgende Datei angehängt:
  • wette-ball.jpg (8,58 kB - 575 mal heruntergeladen - zuletzt: 19.01.2024, 01:52)

pitt82

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26

25.05.2010, 01:12

Ja aber die längere Wegstrecke wird mit einer Geschwindigkeit zurückgelegt die sich verktoriell aus Fallgeschwindigkeit (bzw. Beschleunigung) und (abgebremster) Horizontalgeschwindigkeit zusammensetzt.
»pitt82« hat folgende Datei angehängt:
  • x.png (22,68 kB - 471 mal heruntergeladen - zuletzt: 03.02.2024, 08:35)

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »pitt82« (25.05.2010, 01:21)

kOa_Master

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27

25.05.2010, 01:16

Zitat

Original von [pG]fire_desondern im grunde einfach, dass die fallzeit unabhängig von der anfänglichen vertikalgeschwindigkeit ist.


ja das ist selbstverständlich korrekt.
wenn beide zum zeitpunkt der vertikalgeschwindigkeit "0" (=höchster punkt) gleich hoch sind, dann fallen sie auch genau gleichschnell wieder runter. egal wie schnell sie abgeschossen wurden und egal wie schnell sie sich noch vorwärts bewegen.

@god_at:
du kannst die geschwindigkeit und strecke in diesem beispiel auf einen horizontalen und einen vertikalen teil aufteilen. die beiden richtungen sind komplett unabhängig voneinander.
in deinem beispiel macht ball 2 zwar einen weiteren weg, aber nur horizontal. und er hat ja auch eine horizontale geschwindigkeit.

stells dir so vor: du siehst den ball von "vorne" runterfliegen, also wenn du vorne auf das flugzeug schauen würdest. dann hättest du - angenommen die beiden flugzeuge wären nebeneinander - zweimal das genau gleiche bild und beide bälle würden genau gleichschnell herunterfallen. einfach mit dem unterschied, dass der eine noch ein bisschen näher bei dir landet.

TracK

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29

25.05.2010, 02:35

Zitat

Original von jens
naja aber nicht in vertikaler richtung. die frage ist eher, ob reibung in horizontaler richtung meine geschwindigkeit in vertikaler richtung irgendwie beeinflusst, was keine triviale frage ist .... (aber es ist zu vermuten, dass dies zumindest in kleinen ausmaßen der fall sein wird.. )


bei einer idealen kugel erzeugt die horizontale umströmung ja weder einen insgesamt resultierenden auftrieb noch abtrieb

plexiq

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30

25.05.2010, 10:44

Jetzt interessierts mich aber *g* Evtl kann einer der Physiker erklären wo bei meinem Gedankengang der Haken liegt:

Wir betrachten die beiden Kugeln und nehmen an dass sie zu dem betrachteten Zeitpunkt die gleiche Fallgeschwindigkeit v_f haben.

Kugel A fällt nur gerade hinunter, Kugel B bewegt sich zusätzlich mit einer horizontalen Geschwindigkeit v_h.

Kraft die bei Kugel A wegen Luftwiderstand entgegengesetzt zur Fallrichtung wirkt einfach per:
http://de.wikipedia.org/wiki/Winddruck#Definition

Für Kugel B addieren wir zuerst die beiden Vektoren für v_f & v_h, berechnen dann die Kraft die entgegengesetzt zu dieser Bewegungsrichtung durch den Luftwiderstand wirkt. Dann berechnen wir den "vertikalen Anteil" dieser Kraft, der entgegengesetzt zu v_f wirkt? (Stimmt so?)

Da die Kraft durch Luftwiderstand proportional zu v² steigt, ist der vertikale Anteil der bremsenden Kraft größer wenn wir zusätzlich eine horizontale bewegung haben? (!)

Wo scheiterts? :)

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »plexiq« (25.05.2010, 10:51)