Freier Fall

Freier Fall ist jede Bewegung eines Körpers, wo sein Gewicht die einzige Kraft ist, die danach handelt. Diese Bedingungen erzeugen eine Trägheitsschussbahn, so lange Ernst die einzige Kraft bleibt. Da diese Definition Geschwindigkeit nicht angibt, gilt sie auch für Gegenstände, die sich am Anfang aufwärts bewegen. Da der freie Fall ohne Kräfte außer dem Ernst Schwerelosigkeit oder "Null-G" erzeugt, manchmal wird jede Bedingung der Schwerelosigkeit wegen der Trägheitsbewegung freien Fall genannt. Das kann auch für die erzeugte Schwerelosigkeit gelten, weil der Körper von einem angezogen werdenden Körper weit ist.

Obwohl die strenge technische Anwendung der Definition Bewegung eines Gegenstands ausschließt, der anderen Kräften wie aerodynamische Schinderei im nicht technischen Gebrauch unterworfen ist, misslingend, wird eine Atmosphäre ohne einen aufmarschierten Fallschirm, oder Gerät hebend, auch häufig freien Fall genannt. Die Schinderei-Kräfte in solchen Situationen halten sie davon ab, volle Schwerelosigkeit zu erzeugen, und so erzeugt "ein freier Fall" eines skydiver nach dem Erreichen der Endgeschwindigkeit die Sensation des Gewichts des Körpers, das auf einem Kissen von Luft wird unterstützt.

Beispiele

Beispiele von Gegenständen im freien Fall schließen ein:

  • Ein Raumfahrzeug (im Raum) mit dem Antrieb von (z.B in einer dauernden Bahn, oder auf einer Subaugenhöhlenschussbahn, die seit einigen Minuten, und dann unten steigt).
  • Ein Gegenstand ist an der Oberseite von einer Fall-Tube gefallen.
  • Ein Gegenstand geworfen aufwärts oder eine Person, die vom Boden mit der niedrigen Geschwindigkeit springt (d. h. so lange ist Luftwiderstand im Vergleich mit dem Gewicht unwesentlich).

Technisch ist ein Gegenstand im freien Fall selbst wenn, sich aufwärts oder sofort ruhig an der Oberseite von seiner Bewegung bewegend. Wenn Ernst der einzige stellvertretende Einfluss ist, dann ist die Beschleunigung immer nach unten und hat denselben Umfang für alle Körper, allgemein angezeigt.

Seit dem ganzen Gegenstand-Fall an derselben Rate ohne andere Kräfte werden Gegenstände und Leute Schwerelosigkeit in diesen Situationen erfahren.

Beispiele von Gegenständen nicht im freien Fall:

  • Das Fliegen in einem Flugzeug: Es gibt auch eine zusätzliche Kraft des Hebens.
  • Stehen auf dem Boden: Der Gravitationskraft wird durch die normale Kraft vom Boden entgegengewirkt.
  • Das Absteigen zur Erde mit einem Fallschirm, der die Kraft des Ernstes mit einer aerodynamischen Schinderei-Kraft (und mit einigen Fallschirmen, einer zusätzlichen Liftkraft) erwägt.

Das Beispiel eines Fallens skydiver, wer einen Fallschirm noch nicht eingesetzt hat, wird als freier Fall von einer Physik-Perspektive nicht betrachtet, da sie eine Schinderei-Kraft erfahren, die ihrem Gewicht gleichkommt, sobald sie Endgeschwindigkeit (sieh unten) erreicht haben. Jedoch wird der Begriff "der freie Fallschirmspringen-Fall" allgemein gebraucht, um diesen Fall in der Alltagssprache, und in der Fallschirmspringen-Gemeinschaft zu beschreiben. Es ist aber nicht klar, ob der neuere Sport des Wingsuit-Fliegens laut der Definition des Fallschirmspringens des freien Falles passt.

In der Nähe von der Oberfläche der Erde wird sich ein Gegenstand im freien Fall in einem Vakuum an etwa 9.8 m/s ², unabhängig seiner Masse beschleunigen. Mit dem Luftwiderstand, der nach einem Gegenstand handelt, der fallen gelassen gewesen ist, wird der Gegenstand schließlich eine Endgeschwindigkeit, ungefähr 56 m/s (200 kph oder 120 Meilen pro Stunde) für einen menschlichen Körper erreichen. Endgeschwindigkeit hängt von vielen Faktoren einschließlich der Masse, des Schinderei-Koeffizienten und der Verhältnisfläche ab und wird nur erreicht, wenn der Fall von der genügend Höhe ist.

Freier Fall wurde auf dem Mond vom Astronauten David Scott am 2. August 1971 demonstriert. Er hat gleichzeitig einen Hammer und eine Feder von derselben Höhe über der Oberfläche des Monds veröffentlicht. Der Hammer und die Feder sowohl sind an derselben Rate gefallen als auch haben den Boden zur gleichen Zeit geschlagen. Das hat die Entdeckung von Galileo demonstriert, dass ohne Luftwiderstand alle Gegenstände dieselbe Beschleunigung wegen des Ernstes erfahren. (Auf dem Mond ist die Gravitationsbeschleunigung viel weniger als auf der Erde, etwa 1.6 m/s ²).

Freier Fall in der Newtonischen Mechanik

Gleichförmiges Schwerefeld ohne Luftwiderstand

Das ist der "Lehrbuch"-Fall der vertikalen Bewegung eines Gegenstands, der eine kleine Entfernung in der Nähe von der Oberfläche eines Planeten fällt. Es ist eine gute Annäherung in Luft, so lange die Kraft des Ernstes auf dem Gegenstand viel größer ist als die Kraft des Luftwiderstandes, oder gleichwertig die Geschwindigkeit des Gegenstands immer viel weniger ist als die Endgeschwindigkeit (sieh unten).

::

wo

: ist die anfängliche Geschwindigkeit (m/s).

: ist die vertikale Geschwindigkeit in Bezug auf die Zeit (m/s).

: ist die anfängliche Höhe (m).

: ist die Höhe in Bezug auf die Zeit (m).

: ist vergangener (s) der Zeit.

: ist die Beschleunigung wegen des Ernstes (9.81 m/s in der Nähe von der Oberfläche der Erde).

Gleichförmiges Schwerefeld mit dem Luftwiderstand

Dieser Fall, der für skydivers, Fallschirmspringer oder jeden Körper der Masse, und Querschnittsfläche mit der Zahl von Reynolds ganz über der kritischen Zahl von Reynolds gilt, so dass der Luftwiderstand zum Quadrat der Fall-Geschwindigkeit proportional ist, hat eine Gleichung der Bewegung

:

wo die Luftdichte ist und der Schinderei-Koeffizient, angenommen ist, unveränderlich zu sein, obwohl im Allgemeinen es von der Zahl von Reynolds abhängen wird.

Einen Gegenstand annehmend, der vom Rest und keiner Änderung in der Luftdichte mit der Höhe fällt, ist die Lösung:

:

wo die Endgeschwindigkeit durch gegeben wird

:

Die Geschwindigkeit des Gegenstands gegen die Zeit kann mit der Zeit integriert werden, um die vertikale Position als eine Funktion der Zeit zu finden:

:

Wenn, wie man annehmen kann, die Luftdichte, solcher bezüglich Gegenstände oder skydivers nicht unveränderlich ist, der von der hohen Höhe fällt, wird die Gleichung der Bewegung viel schwieriger, analytisch zu lösen, und eine numerische Simulation der Bewegung ist gewöhnlich notwendig. Die Zahl zeigt die Kräfte, die Sternschnuppen folgen, die die obere Atmosphäre der Erde misslingen. RING-Sprünge, einschließlich des Rekordsprungs von Obersten Joe Kittinger (sieh unten) und des geplanten Le Grand Saut gehören auch in dieser Kategorie.

Umgekehrt-Quadratgesetzschwerefeld

Es kann gesagt werden, dass zwei Gegenstände im Raum, der einander ohne andere Kräfte umkreist, im freien Fall um einander, e.g.that der Mond oder ein künstlicher Satellit "Fälle um" die Erde oder ein Planet "Fälle um" die Sonne sind. Das Annehmen kugelförmiger Gegenstände bedeutet, dass die Gleichung der Bewegung durch das Newtonsche Gesetz der Universalen Schwerkraft mit Lösungen des Gravitationszwei-Körper-Problems geregelt wird, das elliptische Bahnen ist, den Gesetzen von Kepler der planetarischen Bewegung folgend. Diese Verbindung zwischen fallenden Gegenständen in der Nähe von der Erde und umkreisenden Gegenständen wird am besten durch die Gedanke-Experiment-Kanonenkugel von Newton illustriert.

Die Bewegung von zwei Gegenständen, die sich radial zu einander ohne winkeligen Schwung bewegen, kann ein spezieller Fall einer elliptischen Bahn der Seltsamkeit (radiale elliptische Schussbahn) in Betracht gezogen werden. Das erlaubt, die Zeit des freien Falles für zwei Punkt-Gegenstände auf einem radialen Pfad zu schätzen. Die Lösung dieser Gleichung der Bewegung gibt Zeit als eine Funktion der Trennung nach:

:

\right) </Mathematik>

wo

:t ist die Zeit nach dem Anfang des Falls

:y ist die Entfernung zwischen den Zentren der Körper

:y ist der Anfangswert von y

: ist der Standardgravitationsparameter.

Das Ersetzen y=0 bekommen wir die Zeit des freien Falles.

Die Trennung als eine Funktion der Zeit wird durch das Gegenteil der Gleichung gegeben. Das Gegenteil wird genau durch die analytische Macht-Reihe vertreten:

:

\left [

\lim_ {r \to 0} \left (

{\\frac {X^ {n}} {n!} }\

\frac {\\mathrm {d} ^ {\\, n-1}} {\\mathrm {d} r ^ {\\, n-1}} \left [

R^n \left (\frac {7} {2} (\arcsin (\sqrt {r}) - \sqrt {r - r^2})

\right) ^ {-\frac {2} {3} n }\

\right] \right)

\right]

</Mathematik>

Das Auswerten davon trägt:

:

- \frac {23} {7875} x^4 - \frac {1894} {3931875} x^5 - \frac {3293} {21896875} x^6 - \frac {2418092} {62077640625} x^7 - \cdots \right) \

</Mathematik>wo

Weil Details dieser Lösungen "Vom Mondfall bis Lösungen nach umgekehrten Quadratgesetzen" durch Foong, S sehen. K., in der europäischen Zeitschrift der Physik, v29, 987-1003 (2008) und "Radiale Bewegung von Zwei

gegenseitig anziehende Partikeln", durch Mungan, C. E., im Physik-Lehrer, v47, 502-507 (2009).

Freier Fall in der allgemeinen Relativität

Die experimentelle Beobachtung, dass sich alle Gegenstände im freien Fall an derselben Rate, wie bemerkt, durch Galileo beschleunigen und zur hohen Genauigkeit durch moderne Formen des Experimentes von Eötvös bestätigt haben, ist die Basis des Gleichwertigkeitsgrundsatzes, auf den sich die Theorie von Einstein der allgemeinen Relativität verlässt. Eine alternative Behauptung dieses Gesetzes, wie aus dem 2. Gesetz von Newton gesehen werden kann, das auf den freien Fall oben angewandt ist, ist, dass der Gravitations- und die Trägheitsmasse jedes Gegenstands dasselbe sind.

Rekordfallschirm-Sprünge des freien Falles

Gemäß dem Guinness-Buch von Aufzeichnungen hält Eugene Andreev (die UDSSR) die offizielle FAI-Aufzeichnung für den längsten Fallschirm-Sprung des freien Falles nach, auf 80,380 ft (24,500 m) von einer Höhe von 83,523 ft (25,460 m) in der Nähe von der Stadt von Saratov, Russland am 1. November 1962 reinfallen. Obwohl spätere Springer höher steigen würden, wurde der Rekord von Andreev ohne den Gebrauch einer Anker-Böschung während des Sprungs gebrochen.

Während des Endes der 1950er Jahre wurde Kapitän Joseph Kittinger der Vereinigten Staaten den Medizinischen Raumfahrtforschungslabors an Wright-Patterson AFB in Dayton, Ohio zugeteilt. Für Projektexcelsior (Bedeutung "jemals aufwärts", ein Name, der dem Projekt von Obersten John Stapp gegeben ist), als ein Teil der Forschung in die hohe Höhe-Sicherheitsleistung hat er eine Reihe von drei Fallschirm-Sprüngen gemacht, die eine unter Druck gesetzte Klage von einem Helium-Ballon mit einer offenen Gondel tragen.

Das erste, von 76,400 Fuß (23,290 m) war im November 1959 eine nahe Tragödie, als eine Ausrüstungsfunktionsstörung ihn veranlasst hat, Bewusstsein zu verlieren, aber der automatische Fallschirm hat ihn gerettet (er ist in eine flache Drehung an einer Rotationsgeschwindigkeit von 120 rpm eingetreten; die G-Kraft an seinen äußersten Enden wurde berechnet, um mehr als 22mal mehr als das des Ernstes zu sein, einen anderen Rekord brechend). Drei Wochen später ist er wieder von 74,700 Fuß (22,770 m) gesprungen. Für diesen Rücksprung wurde Kittinger dem Fallschirm-Orden von A. Leo Stevens verliehen.

Am 16. August 1960 hat er den Endsprung von Excelsior III an 102,800 Fuß (31,330 m) gemacht. Eine kleine Anker-Böschung für die Stabilisierung abschleppend, ist er seit 4 Minuten und 36 Sekunden gefallen, eine Höchstgeschwindigkeit von 614 Meilen pro Stunde (988 kph) http://hypertextbook.com/facts/JianHuang.shtml vor der Öffnung seines Fallschirms an 14,000 Fuß (4,270 m) erreichend. Die Druckbeaufschlagung für seinen richtigen Handschuh hat während des Aufstiegs und seiner zu zweimal seiner normalen Größe angeschwollenen rechten Hand schlecht funktioniert. Er hat Rekorde für den höchsten Ballon-Aufstieg, höchsten Fallschirm-Sprung, längster Anker-Fall (4 Minuten), und schnellste Geschwindigkeit durch einen Menschen durch die Atmosphäre gebrochen.

Die Sprünge wurden in einer "Schaukelstuhl"-Position gemacht, auf seinem Rücken, aber nicht dem üblichen für skydivers vertrauten Bogen hinuntersteigend, weil er einen 60-Pfd.-"Bastelsatz" auf seinem hinten trug und seine Druck-Klage natürlich diese Gestalt, wenn aufgeblasen, eine Gestalt gebildet hat, die dafür passend ist, in einem Flugzeug-Cockpit zu sitzen.

Für die Reihe von Sprüngen wurde Kittinger mit einer Eiche-Blatt-Traube zu seinem Ausgezeichneten Fliegenden Kreuz geschmückt und hat die Trophäe von Harmon durch Präsidenten Dwight Eisenhower zuerkannt.

Das Überleben von Fällen

Die Strenge der Verletzung nimmt mit der Höhe eines freien Falles zu, sondern auch hängt von Körper und Oberflächeneigenschaften und der Weise von Körpereinflüssen zur Oberfläche ab. Die Chance, Zunahmen zu überleben, wenn man auf einer Oberfläche der hohen Missbildung, wie Schnee oder Wasser landet.

Insgesamt ist die Höhe, an der 50 % von Kindern von einem Fall sterben, zwischen vier und fünf Geschoss-Höhen über dem Boden.

JAT Vulović der Stewardess Vesna hat einen Fall am 26. Januar 1972 überlebt, als sie an Bord des JAT Flugs 367 war. Das Flugzeug wurde durch Explosivstoffe über Srbská Kamenice in der ehemaligen Tschechoslowakei (jetzt Tschechien) heruntergebracht. Die serbische Stewardess hat einen gebrochenen Schädel, drei gebrochene Wirbel (ein zerquetschter völlig) ertragen, und war in einem Koma seit 27 Tagen. In einem Interview hat sie kommentiert, dass, gemäß dem Mann, der sie, "gefunden hat... Ich war im mittleren Teil des Flugzeugs. Ich wurde mit meinem Leiter unten und meinem Kollegen oben auf mir gefunden. Ein Teil meines Körpers mit meinem Bein war im Flugzeug, und mein Kopf war außer dem Flugzeug. Eine Lebensmittelversorgungsstraßenbahn wurde gegen meinen Stachel befestigt und ich im Flugzeug behalten. Der Mann, der mich gefunden hat, sagt, dass ich viel Glück gehabt habe. Er war in der deutschen Armee als ein Medizinstudent während des Zweiten Weltkriegs. Er hat gewusst, wie man mich an der Seite des Unfalls behandelt."

Im Zweiten Weltkrieg gab es mehrere Berichte der militärischen Besatzung, die überlebt, lange fällt: Nick Alkemade, Alan Magee und Ivan Chisov sind alle mindestens gefallen und haben überlebt.

Freefall soll mit Personen nicht verwirrt sein, die Beispiele von verschiedenen Graden des kontrollierten Flugs ins Terrain überleben. Solches Einfluss-Kraft-Beeinflussen dieser Beispiele des Überlebens unterscheidet sich von den Kräften, die durch den freien Fall charakterisiert werden.

Es wurde berichtet, dass zwei der Opfer der Bombardierung von Lockerbie, die seit einer kurzen Periode nach dem Schlagen des Bodens (mit dem Vorwärtsnase-Abteilungsrumpf in der freefall Weise) überlebt ist, aber von ihren Verletzungen gestorben sind, bevor Hilfe angekommen ist.

Juliane Koepcke hat einen langen freien Fall überlebt, der sich am 24. Dezember 1971, Unfall des LANSA Flugs 508 (eine LANSA Lockheed Electra OB-R-941 kommerzielles Verkehrsflugzeug) im peruanischen Regenwald ergibt. Das Flugzeug wurde durch den Blitz während eines strengen Gewitters geschlagen und hat Mitte Luft explodiert, zwei Meilen auflösend. Köpcke, der 17 Jahre alt zurzeit war, ist zur in ihren Sitz noch festgeschnallten Erde gefallen. Der deutsche peruanische Teenager hat den Fall mit nur einem gebrochenen Schlüsselbein, einer klaffenden Wunde zu ihrem rechten Arm und ihrem rechten Auge angeschwollen geschlossen überlebt.

Als ein Beispiel 'freefall Überleben', das, wie manchmal berichtet, in der Presse nicht so äußerst war, wie man sagte, hatte ein skydiver von Staffordshire 6,000 Meter ohne einen Fallschirm in Russland getaucht und überlebt. James Boole hat gesagt, dass er ein Signal durch einen anderen skydiver hat gegeben worden sein sollen, um seinen Fallschirm zu öffnen, aber es ist zwei Sekunden zu spät gekommen. Herr Boole, der den anderen skydiver für einen Fernsehdokumentarfilm filmte, ist auf schneebedeckten Felsen gelandet und hat einen gebrochenen Rücken und Rippe ertragen. Während er Glück gehabt hat zu überleben, war das nicht ein Fall des wahren freefall Überlebens, weil er ein wingsuit flog, außerordentlich seine vertikale Geschwindigkeit vermindernd. Das war über das hinuntersteigende Terrain mit dem tiefen Schnee-Deckel, und er hat eingewirkt, während sein Fallschirm begann sich aufzustellen. Im Laufe der Jahre haben andere skydivers Unfälle überlebt, wo die Presse berichtet hat, dass kein Fallschirm offen war, noch wurden sie wirklich durch ein kleines Gebiet des verwirrten Fallschirms verlangsamt. Sie könnten noch viel Glück haben zu überleben, aber ein Einfluss an 80 Meilen pro Stunde ist viel weniger streng als die 120 Meilen pro Stunde, die in normalem freefall vorkommen könnten.

Siehe auch

  • Frei fallendes Flugzeug
  • Schwerelosigkeit
  • Endgeschwindigkeit
  • RING-Sprung
  • G-Kraft
  • Mikroernst

Links


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