Fallbewegung

Fallbewegung bezeichnet in der Physik die Bewegung eines Körpers, der sich infolge der Gravitationskraft in Richtung Erdmittelpunkt bewegt. Der Begriff wird oft für den freien Fall oder senkrechte Abstiegsbewegungen verwendet und kann je nach Medium durch Luftreibung, Auftrieb oder andere Widerstände modifiziert werden. Wesentliche Größen sind Masse, Geschwindigkeit, Position sowie die Kräfte Gravitation und Widerstand.

Im Vakuum ist die Beschleunigung konstant und gleich g, etwa 9,81 m/s². Ausgehend von einer Anfangshöhe h und einer Anfangsgeschwindigkeit v0 gilt s(t) = h + v0 t + 1/2 g t^2 und v(t) = v0 + g t. Damit folgt eine einfache, parabelförmige Trajektorie in einer vertikalen Ebene.

In Luft verändert der Widerstand die Dynamik signifikant. Der Luftwiderstand kann als F_drag = 1/2 ρ C_d A v^2 (für hohe Reynolds-Zahlen) oder als F_drag = k v (bei niedriger Reynolds-Zahl) beschrieben werden. Die Gleichung m dv/dt = mg - F_drag liefert die Bewegung. Es gibt eine Endgeschwindigkeit v_t, bei der mg = F_drag; sie hängt von Masse, Form, Luftdichte, den Widerstandsbeiwerten und der Fläche ab. Unter realen Bedingungen kann die Fallbewegung durch Wind, Rotationen oder Anfangsbedingungen komplexer verlaufen.

Anwendungen reichen von der Berechnung von Aufprallkräften in Sport- und Fallschutz bis zu Bereichen der Luft- und Raumfahrt sowie der Biomechanik. In der Biomechanik wird die Fallbewegung auch zur Fallprävention, Rehabilitation und Gestaltung von Schutzsystemen untersucht.