Wenn ein Fallschirmspringer aus dem Hubschrauber springt, nimmt seine Geschwindigkeit zunächst rasch zu. Nach ca. \(10\rm{s}\) erreicht er - bei noch geschlossenem Fallschirm - seine Höchstgeschwindigkeit von ca. \(200\frac{{{\rm{km}}}}{{\rm{h}}}\). Sein Bewegungszustand ändert sich dann nicht mehr.
a)
Erkläre diesen Vorgang.
b)
Kurz nachdem der Fallschirm entfaltet ist, fällt er mit der gleichbleibenden Geschwindigkeit von ca. \(20\frac{{{\rm{km}}}}{{\rm{h}}}\).
Erkläre, wie es zu diesem Bewegungsablauf kommt.
c)
Zeichne sämtliche Kraftpfeile für den gesamten Absprung qualitativ richtig ein.
Zunächst wirkt auf den Springer nur die Gewichtskraft \({{\vec F}_{\rm{G}}}\) nach unten. Mit zunehmender Geschwindigkeit wird die Luftreibungskraft \({{\vec F}_{\rm{LR}}}\), die der Gewichtskraft entgegenwirkt, immer größer. Schließlich werden \({{\vec F}_{\rm{G}}}\) und \({{\vec F}_{\rm{LR}}}\) betragsmäßig gleich groß (Flugabschnitt b). Somit ist die resultierende Kraft Null und der Bewegungszustand gleichförmig.
b)
Wenn der Fallschirm geöffnet wird, steigt die Luftreibungskraft stark an. Da die Gewichtskraft gleich groß bleibt, kommt es zu einer verzögerten Bewegung (resultierende Kraft zeigt nach oben). Mit abnehmender Geschwindigkeit wird jedoch \(F_{\rm{LR}}\) wieder kleiner.
Schließlich stellt sich wieder ein Kräftegleichgewicht - allerdings bei wesentlich kleinerer Geschwindigkeit als bei Teilaufgabe a) - ein. Die Luftreibungskraft hängt nämlich nicht nur von der Geschwindigkeit ab, sondern auch von der Größe der Oberfläche, die sich mit der Luft reibt.
c)
Vergleiche Skizze. Darin stellen die blauen Pfeile die Gewichtskraft und die roten Pfeile die Luftreibungskraft dar.
