Frit fald i tyngdefeltet – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Frit fald i tyngdefeltet

26. februar 2014

Frit fald i tyngdefeltet

Hej Spørg om Fysik

Jeg har 2 spørgsmål:

  1. Hvordan kan det være, at tyndekraften er den samme hvis en person med en masse m falder fra 1  sal, og den samme person falder fra 3. sal? Hvis man falder fra 3. sal, så har jeg læst en læge skrive, at så er det nok til at man dør. Hvordan kan det være, at tyngdekraften er uafhængig af højden, når man skal beregne den kraft en person rammer jorden med?
     
  2. Jeg synes at læse, at ifølge en person, så kunne man bygge en maskine til at genoplive mennesker fra fortiden. Jeg ved ikke om det var en tidsmaskine, men er det ikke bare noget sludder, kroppen er jo dødelig.

Med venlig hilsen 

MJ

Vil man mærke tyngdekraften, skal man enten stå stille på Jorden eller ligge på Jorden. Den kraft man føler man trykker på jorden med, er tyngdens træk i kroppen.

Øvelse i frit fald i en flyvemaskine

Når man falder, er man under faldet påvirket af tyngdekraften, men på grund af faldet mærker man ikke nogen belastning af kroppen. Ialt føler man under faldet den tilstand man kalder vægtløs, i det mindste indtil, at det går så hurtigt, at luftmodstanden gør sig gældende. Vægtløshed i rummet trænes på den måde, idet kommende astronauter tager en tur i en speciel flyvemaskine med en stor tom polstret kabine. Når maskinen er kommet højt nok op, går den ind i et nøje beregnet dyk, og det sker sådan, at de personer der er i kabinen, netop er vægtløse i et antal sekunder. Og de kan så øve arbejde i vægtløst område. Det der sker er, at maskinen dykker med en acceleration, som er den samme som tyngdeaccelerationen, så personerne indeni oplever et frit fald.

Når vi falder eller hopper ud fra et hus, påvirkes vi af tyngdekraften. Tyngdekraften, F, kan hvad enten man står eller falder altid skrives som F = m * g, hvor m er massen af den faldende person, og g er tyngdeaccelerationen. Den er i Danmark: g = 9,82 m/s2. Vejer man 80 kg, står der altså F = 80 kg * 9,82 m/s2 = 785,6 newton. Man måler kraft i en enhed, som hedder newton, og 1 N er ca. den kraft, man føler fra et 100 g lod, når man står med det i hånden.

Astronauter i frit fald i dumstation

Når man falder, kan det vises, at stykket, y, man falder lodret når man starter med hastigheden, v = 0 m/s, kan skrives: y = ½*g*t2,  hvor t er den tid man har faldet i (og t2 = t*t). Det kan også vises, at v = g*t. Hastigheden efter 1 sek. er altså v = 9,81 m/s, efter 2 sek. v = 2*9,82 m/s =19,64 m/s osv. Stykket man falder, er efter 1 sek. y = ½*9,82 m/s2 * 1 s2 = 4,91 m, efter 2 sek. y = ½*9,82 m/s2 * 22 s2= ½ * 9,82 * 4 m =19,64 m. Efter 3 sek. bliver det så y = ½*9,82 m/s2 * 9 s2 =44,19 m.

Skal man sammenligne med en sportsvogn, så er det ofte accelerationen fra 0 til 100 km/timen man angiver. Den acceleration tyngden giver, når man springer ud, svarer fra 0 til 100 km/time på 2,8 sek.

Det går altså jævnt hurtigere og hurtigere, og man falder meget længere og længere pr. sek. Hvis man finder ud af, hvordan hastigheden ændres med højden, får man: v2 = 2*y*g. Hvis en etage er 3 m høj, er et fald fra første sal altså 3 m og tredje sal 9 m. Hastigheden man rammer jorden med fra første sal, bliver så: v2 = 2 * 3m * 9,82 m/s, og det bliver v = 7,7 m/s eller 27,6 km/time, fra 3 sal tilsvarende v = 13,3 m/s eller 47,9 km/timen.

Hop i vandet fra 21 m

Fald med faldskærm

Det der dræber den faldende, er altså det, at de pludseligt skal stoppe en ret stor fart. Når de når jorden, det er derfor slaget imod jorden der dræber. Der er næsten ingen vej at stoppe på, og vor organisme kan ikke tåle det pludselige slag. Er man trænet i faldskærmsudspring, mener jeg, at man med de hurtigste skærme rammer med en fart der svarer til omkring et hop fra 5 m højde (vist 2. verdenskrigs militære skærme), v = 9,9 m/s eller 36 km/time, men her sørger skærmen for, at man rammer med benene (hælene samlede, benene lidt skråt fremad bøjet ifølge billederne) og normalt ikke lodret med strakte ben, og da man så derefter falder, der er altså lidt bremselængde til at stoppe faldet, ½ til 1 m, noget helt andet end få cm.

Vil du gerne konstatere forskellen på et slag med høj fart og lav fart, så tag et par pæne store søm, et bræt  og en hammer, og slå det ene i med slag der ikke er længere end 1 cm, og det andet med normale slag. Der kommer hastighedsforskellen klart frem ved slag med høj og lille fart.

Stuntmen kan lande i papkasser (som ikke vises på filmen). De trykkes sammen og mindsker accelerationen ved landing

Frit fald uden faldskærm

Spring uden fladskærm er altså ikke nogen god ide, og man skal være heldig for at overleve meget over 5 m. Jeg har læst om tilfælde, hvor nogen er faldet fra fly og har overlevet, f.eks. en stewardesse der faldt fra 10 kilometers højde, men var heldig og landede i grenene på et 40 m højt grantræ, og fik et større hospitalsophold, men overlevede. Under 2. verdenskrig landede en pilot i en enorm høstak, og der er sikkert flere. Bemærk fra store højder, bliver man også dræbt imod vand, med mindre det er et fald ed lodrette ben eller hovedspring. Tænk bare på en ”maveplasker” fra 30 m højde (den gamle Lillebælts bro). Den højeste hastighed man når i frit fald afhænger af stillingen. Krummet sammen ca. 320 km/timen, spredt ud ca. 195 km/timen. Enhver, der har kørt hurtigt med bil, kan vel forestille sig, hvad der sker, når man bliver stoppet med bare den lave hastighed. Bare med ca. 30 km/timen vil forsædepassagerer uden sikkerhedssele eller airbag ofte stikke hovedet igennem forruden, hvis man i bil rammer et stort træ.

Frit fald med ca. 200 km/time som sluthastighed

Genoplivning af døde mennesker

Dit spørgsmål 2 er ikke rigtigt fysik. Jeg er ikke bekendt med en sådan maskine, og jeg kan ikke se, at det kan lade sig gøre. Man kan muligvis lægge DNA fra afdøde væsner ind i en levende celle eller tilsvarende. Jeg har arbejdet en del med flydende gasser, som har temperaturer flere hundrede grader under frysepunktet. Når man nedfryser kød eller grøntsager, går de lidt i opløsning når det igen optøs. Dette skyldes, at cellerne sprænges af isdannelsen indeni dem. Jeg har også svært ved at forestille mig, at man ved nedfrysning kan genoplive personer senere. I alle tilfælde, som jeg har forstået hjernens funktion, går indholdet tabt, så det bliver altså ikke den samme personlighed, som eventuelt kunne genoplives.

Men det må du spørge om andetsteds, hvor de har biologisk og lægelig baggrund indenfor området. Jeg er ret sikker på, at kunne det gøres, havde nogen fået det gjort.

Med venlig hilsen
Malte Olsen