Experimente mit der Fallröhre

7. Jahrgangsstufe
Natur und Technik
Lehrtext
Experimente mit der Fallröhre
Historischer Hintergrund:
Durch Fallexperimente am Schiefen Turm zu Pisa fand der italienische Physiker Galileo
heraus, dass jeder Gegenstand eine identische Fallbeschleunigung erfährt, egal welche Masse
der Körper hat. Diese These scheint heute oftmals vielen Leuten noch nicht einsichtig, denn
schließlich fällt eine Feder langsamer zu Boden als ein Eisenwürfel.
Der Grund dafür ist aber nicht eine unterschiedliche Fallbeschleunigung, sondern der
unterschiedliche Luftwiderstand einer Feder und eines Eisenwürfels.
Heute
Das Fallgesetz kann man seit den 20er Jahren des 20. Jahrhunderts mit Hilfe einer Fallröhre
nachweisen. Die Fallröhre ist ein Glaszylinder, in dem eine Feder und eine Eisenkugel sind.
Man kann die Luft durch eine Vakuumpumpe aus dem Glaszylinder evakuieren.
Dabei kann man nun zwei Arten von Versuchen durchführen:
 Man lässt die Luft in der Fallröhre und stoppt die Fallzeiten für beide Körper
 Man evakuiert die Luft und misst die Fallzeit der beiden Körper:
Die nachstehenden beiden Bilder zeigen das Ergebnis dieser beiden Versuche:
Fallexperiment mit nicht evakuierter Fallröhre
Fallexperiment mit evakuierter Röhre
Man erkennt, dass die Feder für den Fallvorgang viel länger benötigt als die Eisenkugel, wenn
sich Luft in der Röhre befindet, sie aber gleichschnell wie die Kugel ist, wenn keine Luft in
der Fallröhre vorhanden ist.
Daran erkennt man, dass der höhere Luftwiderstand der Feder die Ursache für die längere
Fallzeit ist, nicht aber die Fallbeschleunigung. Denn der zweite Versuch zeigt eindeutig, dass
beide Körper die gleiche Fallbeschleunigung erfahren.
In der Fallröhre legen die beiden Körper einen Höhenunterschied von 1,00 m zurück. Aus
dem zweiten Bild kann man die Fallzeit ermittlen, wenn eine volle Umdrehung der Uhr 1,00 s
sind:
1,00s
t  120 
 0,33s
360
Die Fallgeschwindigkeit des Körpers ist damit:
s 1,00 m
m
v 
 3,03
t 0,33s
s
Für die Fallbeschleunigung ergibt sich deshalb der folgende Wert:
© Markus Baur
Staffelsee- Gymnasium
2006/2007
7. Jahrgangsstufe
Natur und Technik
a
Lehrtext
v 3,03 ms

 9,18 sm2
t 0,33s
Ergebnis:
Ohne Einfluss der Widerstandskraft der Luft fallen alle Körper auf der Erde gleich schnell,
wenn sie frei (d.h. ohne Behinderung) fallen. Auf der Erde beträgt die Fallbeschleunigung
m
g  9,81 2
s
Die Fallbeschleunigung wird in der gängigen Fachliteratur immer mit g bezeichnet.
Unter der Gewichtskraft versteht man die Kraft, mit der ein Körper der Masse m von der
Erde mit der Fallbeschleunigung angezogen wird.
F  m g
Allgemeiner Hinweis:
Die Alltagssprache macht meist keinen Unterschied zwischen dem Begriff „ Masse“ und dem
Begriff „Gewicht“.
In der Physik bedeutet Gewicht lediglich eine Abkürzung für Gewichtskraft und damit sind in
der Physik die Begriffe Masse und Gewicht keine Synonyme.
© Markus Baur
Staffelsee- Gymnasium
2006/2007