Diese zwei Formeln

g t²

~#v = g t (I), s = ---- (II)#~

2

[Abbildung: Fig. 351.]

enthalten die ^Fallgesetze^ und wir betrachten jetzt, wie sie ihr

berühmter Entdecker ^Galilei^ gefunden und bewiesen hat. Der ^schiefe

Turm zu Pisa^ gab ihm Gelegenheit, zu untersuchen, von welcher Höhe er

eine Bleikugel fallen lassen müsse, damit sie nach einer oder nach zwei

oder nach drei Sekunden zu Boden fällt, und er fand, daß die Höhe bei

zwei Sekunden 4 mal, bei drei Sekunden 9 mal so groß sein muß wie bei

einer Sekunde: ^die Fallhöhen verhalten sich wie die Quadrate der

Zeiten^ (~II~). Hieraus das Fallgesetz ahnend, untersuchte er es durch

den Fall auf der schiefen Ebene: Er nahm eine lange Holzrinne, mit

glattem Pergament ausgekleidet, neigte sie etwas (schiefe Ebene) und

ließ Elfenbeinkugeln herabrollen. Hiebei ist die Masse der Kugel

dieselbe wie beim freien Falle, aber während beim freien Falle die ganze

Schwerkraft auf die Masse bewegend wirkt, ^wirkt auf der schiefen Ebene

bloß die parallel der schiefen Ebene wirkende Komponente^ ~P = Q · sin

α~ bewegend. Diese ist aber kleiner (~sin α~ mal größer), deshalb bringt

diese Kraft auch eine kleinere Beschleunigung hervor (eine ~sin α~ mal

größere Beschleunigung). Die Bewegung ist also auch eine gleichförmig

beschleunigte Bewegung, nur statt ~g~ steht überall ~g · sin α~; so fand

Galilei, daß stets der Weg ~s~ ausdrückbar war durch

t²

~s = g · sin α · --~,

2

wie er auch die Neigung ~α~, die Zeit ~t~ oder den Weg ~s~ veränderte.

So fand und bewies Galilei nicht bloß das Gesetz vom freien Falle,

sondern auch das vom Falle auf der schiefen Ebene; bei letzterer ist

also die Beschleunigung = ~#g sin α#~, demnach ~#v = g t · sin α#~, und

~#s = ½ g t² · sin α#~.

Die ^Atwoodsche Fallmaschine^ (1784) besteht aus einer vertikalen Säule,

auf welcher oben eine sehr leicht ^drehbare leichte Rolle^ angebracht

ist; um sie ist ein Faden gelegt, an dessen Enden cylindrische Gewichte

von etwa je 200 _g_ hängen; diese halten sich das Gleichgewicht. Legt

man auf ein Gewicht ein Übergewicht etwa von 10 _g_, so sinkt dieses,

während das andere steigt; aber diese Bewegung ist sehr langsam. Würde

man nämlich das Übergewicht, 10 _g_, frei fallen lassen, so würde die

Kraft von 10 _g_ dazu verwendet werden, um eine Mass von 10 _g_ in

Bewegung zu setzen, das gäbe die Beschleunigung ~g~ = 10 _m_. Liegen

aber die 10 _g_ Übergewicht auf dem einen Gewichte, so wird nun die

Kraft von 10 _g_ dazu verwendet, um die Masse von 410 _g_ in Bewegung zu

setzen, also eine 41 mal größere Masse; ^deshalb bekommt diese 41 mal

größere Masse auch nur eine 41 mal kleinere Beschleunigung^, ~g′~ =

¹⁰/₄₁ _m_, ^macht also eine verhältnismäßig langsame Bewegung^. Man

bringt ein passendes Übergewicht an und untersucht, ob die Fallräume dem

Gesetz entsprechen; man macht mehrere Versuche mit verschiedenen

Übergewichten, wohl auch mit verschiedenen Massen, und findet, daß auch

diese Bewegungen dem Gesetz entsprechen.

Mit diesem Apparat kann man auch die Richtigkeit des ersten Gesetzes ~v

= g t~ beweisen durch Messung der Endgeschwindigkeiten. Man gibt dem

Übergewichte die Form eines Stäbchens, das horizontal auf das Gewicht

gelegt wird, so daß seine Enden herausragen; man beobachtet dann, wie

weit das Gewicht in einer Sekunde heruntersinkt, und bringt an dieser

Stelle einen Ring an, der das Gewicht durchgehen läßt, das herausragende

Übergewicht aber auffängt. Die Gewichte bewegen sich dann mit der ihnen

eigentümlichen Geschwindigkeit weiter, ohne daß die Schwerkraft an ihnen

beschleunigend wirkt, sie legen also in den folgenden Sekunden Räume

zurück, die der Endgeschwindigkeit der ersten Sekunde entsprechen. Man

mißt diese Räume und findet so das Gesetz der Endgeschwindigkeit

bestätigt. Wenn etwa das Gewicht in der ersten Sekunde 12 _cm_

zurücklegt (~s₁~ = ½ · 24 · 1²), so findet man, daß es, vom Übergewichte

befreit, in jeder folgenden Sekunde 24 _cm_ zurücklegt (~v₁~ = 24 · 1).

Hat es in den ersten zwei Sekunden 48 _cm_ zurückgelegt (~s₂~ = 24 · 2²)

so findet man, daß es, vom Übergewichte befreit, in jeder folgenden

Sekunde 48 _cm_ zurücklegt (~v₂~ = 24 · 2) u. s. f.

Bei der Wirkung einer konstanten Kraft, also auch beim freien Falle, ist

die ^Beschleunigung konstant^, d. h. der Geschwindigkeitszuwachs ist in

gleichen Zeiten gleich groß. ^Die Endgeschwindigkeit ist proportional

der Zeit^ (~v = g t~), ^und der Weg oder die Fallhöhe ist proportional

dem Quadrate der Zeit^ (~s~ = ½ · ~g t~²). Aus beiden Gleichungen

folgt: ~v = √(2 g s)~, #die Endgeschwindigkeit ist proportional der

Quadratwurzel der Fallhöhe# (und proportional der Quadratwurzel aus der

Beschleunigung).

Aufgaben:

#181.# Wie lange braucht ein Körper, um eine Höhe von 68 _m_ (274 _m_)

zu durchfallen, und welche Endgeschwindigkeit erlangt er?

#182.# Mit welcher Endgeschwindigkeit kommt das Wasser am Fuße eines 23

_m_ hohen Wasserfalles, oder einer 2,4 _m_ hohen Schleuse an?

#183.# Von welcher Höhe muß ein Körper herunterfallen, um eine

Endgeschwindigkeit von 1 _m_ (30 _m_, 50 _m_) zu erlangen?

Lehrbuch der Physik zum Schulgebrauche. · 第 290 / 340 题