Luftwiderstand – Was ist das?

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• Bestimmung des Luftwiderstandes

Bestimmung des Luftwiderstandes

Damit sich ein Körper durch die Luft bewegen kann, muss er dessen Teilchen (Atome, Moleküle) verdrängen. Dadurch reibt er an diesen und erfährt eine Reibungskraft. Reibungskräfte wirken immer gegen die Bewegungsrichtung. Sie bieten also einen Widerstand. Bei der Luft wird dies mit Luftwiderstand oder Luftreibungskraft $F_W$ bezeichnet.

Sie hängt von der Stirnfläche $A$, der Form des Körpers $c_W$, der Dichte der Luft $\rho_L$ und der Geschwindigkeit $v$ ab:

$ F_W=\frac{1}{2}\cdot A\cdot c_W \cdot \rho_L\cdot v^2 $

Die Fläche $A$ des Körpers in Bewegungsrichtung ist sein „Luftschatten“. Die Form des Körpers ist entscheidend für seinen Widerstandsbeiwert $c_W$. Die Dichte der Luft $\rho_L$ ist unter anderem abhängig von der Höhe über dem Erdboden. Wenn sich die Geschwindigkeit erhöht, vergrößert sich die Luftreibungskraft. Das zeigt sich besonders beim freien Fall:

Ein Körper wird dabei durch die Gravitationskraft gleichmäßig mit $g=9,81 \frac{m}{s^2}$ zum Erdmittelpunkt beschleunigt. Das bedeutet, seine Geschwindigkeit $v$ nimmt ständig zu. Damit erhöht sich die Luftreibung. Bei einer bestimmten Geschwindigkeit ist die Schwerkraft genauso groß wie die Reibungskraft. Dann wird der Körper nicht mehr weiter beschleunigt. Er hat seine konstante Endgeschwindigkeit bzw. maximale Fallgeschwindigkeit erreicht.