Warum fallen alle Körper gleich schnell?

Der freie Fall: Warum eine Feder und ein Hammer gleich schnell fallen

Wir alle kennen das Bild: Eine Feder schwebt langsam zu Boden, während ein Hammer im Bruchteil einer Sekunde aufprallt. Es scheint offensichtlich, dass schwerere Objekte schneller fallen. Doch dieser alltägliche Eindruck täuscht. Galileo Galilei, der Pionier der modernen Physik, erkannte bereits im 17. Jahrhundert, dass dieser Unterschied allein durch den Luftwiderstand entsteht. Im Vakuum, also ohne Luft, fallen alle Körper gleich schnell.

Galileis Erkenntnis widersprach der damals vorherrschenden aristotelischen Physik, die besagte, dass schwerere Objekte proportional zu ihrer Masse schneller fallen. Legendär ist sein Gedankenexperiment, bei dem er zwei unterschiedlich schwere Kugeln vom Schiefen Turm von Pisa fallen ließ, um diese Theorie zu widerlegen. Ob dieses Experiment tatsächlich stattfand, ist historisch umstritten. Dennoch verdeutlicht es das Prinzip: Die Erdanziehungskraft wirkt auf alle Massen, unabhängig von ihrer Größe.

Die Beschleunigung durch die Schwerkraft, auch Erdbeschleunigung genannt, beträgt auf der Erde etwa 9,8 m/s². Das bedeutet, dass die Geschwindigkeit eines fallenden Objekts im Vakuum jede Sekunde um 9,8 Meter pro Sekunde zunimmt. Eine Feder und ein Hammer, die gleichzeitig aus derselben Höhe fallen gelassen werden, erreichen den Boden im Vakuum somit gleichzeitig.

Der Luftwiderstand ist der Grund, warum wir im Alltag unterschiedliche Fallgeschwindigkeiten beobachten. Er wirkt der Schwerkraft entgegen und hängt von Faktoren wie der Form, der Oberfläche und der Dichte des Objekts ab. Eine Feder hat eine große Oberfläche im Verhältnis zu ihrer Masse und erfährt daher einen starken Luftwiderstand. Ein Hammer hingegen hat eine kleinere Oberfläche im Verhältnis zu seiner Masse und wird weniger stark abgebremst.

Die Apollo-15-Mission lieferte einen eindrucksvollen Beweis für Galileis Theorie. Astronaut David Scott ließ auf dem Mond, wo praktisch kein Luftwiderstand herrscht, einen Hammer und eine Falkenfeder gleichzeitig fallen. Beide Objekte trafen gleichzeitig auf dem Mondboden auf. Dieses Experiment bestätigte eindrucksvoll, dass im Vakuum alle Körper, unabhängig von ihrer Masse, der gleichen Beschleunigung unterliegen und somit gleich schnell fallen.

Der freie Fall ist also nicht, wie oft angenommen, von der Masse des Objekts abhängig, sondern von der Erdbeschleunigung. Der Luftwiderstand, den wir auf der Erde erleben, verschleiert diesen fundamentalen Zusammenhang und führt zu der irreführenden Wahrnehmung, dass schwerere Objekte schneller fallen.