Trägheit und geradlinig gleichförmige Bewegung: Unterschied zwischen den Versionen
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(→Veränderungsgesetz (2. Newtonsches Axiom)) |
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| + | ==Versuche zur Trägheit== | ||
===Versuch: Die Ketchupflasche=== | ===Versuch: Die Ketchupflasche=== | ||
| − | + | Wie kriegt man den Ketchup aus der Flasche? | |
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| − | + | Bild:Trägheit Ketchup voll senkrecht Hand.jpg|'''Aufbau 1:''' Zunächst die Standardmethode: Die Flasche steht Kopf und man schlägt auf den Flaschenboden. | |
| − | + | Bild:Trägheit Ketchup senkrecht oben nachher.jpg|'''Beobachtung:''' Der meiste Ketchup fließt raus, aber es bleibt noch ein Rest drin, der auch bei heftigem Draufschlagen nicht raus geht. | |
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| − | + | Bild:Trägheit Ketchup waagrecht Hand.jpg|'''Aufbau 2:''' Die verschlossene Flasche wird waagrecht gehalten und man schlägt gegen den Deckel. | |
| − | + | Bild:Trägheit Ketchup waagrecht Hand Schlag.jpg|'''Beobachtung 2:''' Der Ketchup sammelt sich im Flaschenhals nahe des Deckels. | |
| − | + | Bild:Trägheit Ketchup waagrecht Hand nachher.jpg|Jetzt kann man die Flasche öffnen und der Ketchup fließt raus. | |
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| − | + | [[Datei:Trägheit Ketchup senkrecht Hand.jpg|thumb|upright|Noch besser funktioniert das, wenn man die Flasche kopfüber hält und von unten gegen den Deckel schlägt. Dann kann die Gravitation noch unterstützen.]] | |
| − | + | 1) Bei einer relativ vollen Flasche fließt der Ketchup durch die Gravitation aus der Flasche heraus. Nur wenn der Ketchup zu zähflüssig ist, klebt er in der Flasche fest. Durch das Schlagen auf den Flaschenboden gerät der Ketchup in Bewegung und ist nicht mehr so zähflüssig. Jetzt kann er rausfließen. | |
| + | <br>2) Der restliche in der Flasche klebende Ketchup ist träge. Durch den Schlag auf den Deckel bewegt sich die Flasche nach links, aber der Ketchup bleibt stehen! | ||
===Versuch: Der lose Hammerkopf=== | ===Versuch: Der lose Hammerkopf=== | ||
| + | Der Kopf eines Hammers ist lose und wackelt. Wie kann man ihn wieder fest auf den Stiel bekommen? | ||
;Aufbau | ;Aufbau | ||
[[Datei:Trägheit Hammer schlagen.jpg|thumb|left]] | [[Datei:Trägheit Hammer schlagen.jpg|thumb|left]] | ||
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Man haut den Hammer mit dem Ende des Stiels fest gegen eine Wand oder den Boden. | Man haut den Hammer mit dem Ende des Stiels fest gegen eine Wand oder den Boden. | ||
<br style="clear: both" /> | <br style="clear: both" /> | ||
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===Versuch: Schuhe ausklopfen=== | ===Versuch: Schuhe ausklopfen=== | ||
| + | ===Versuch: Ein Autounfall=== | ||
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| + | [[Datei:Trägheit Auto Hand.jpg|thumb|left]] | ||
| + | Eine Person steht auf einem Auto. | ||
| + | <br>a) Das Auto fährt los (wird mit der Hand angeschubst). | ||
| + | <br>b) Das Auto fährt gegen ein Hindernis. <br style="clear: both" /> | ||
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| + | ;Beobachtung | ||
| + | <gallery widths=180px heights=130px perrow=4 > | ||
| + | Bild:Trägheit Auto hinten.jpg|a) Schubst man zu stark an, so fährt die Person nicht mit, sondern fällt nach hinten vom Auto herunter. | ||
| + | Bild:Trägheit Auto vorne.jpg|b) Beim Aufprall an der Wand fällt die Person nach vorne vom Auto. | ||
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| + | ;Interpretation | ||
| + | Die Person ist träge. Der Motor schiebt beim Losfahren das Auto nach vorne. Ist die Person nicht fest genug mit dem Auto verbunden, bleibt sie einfach stehen und das Auto fährt unter ihr weg. | ||
| + | <br>Beim Aufprall an der Wand wird von Außen betrachtet<ref>Aus Sicht der AutofahrerIn wird die Ladung beim Unfall nach vorne gezogen. Diese andere Sichtweise ist ebenso möglich. Zunächst ist es für uns einfacher den Unfall von Außen zu beschreiben. Zum Wechsel von Bezugssystemen kann man sich mit dem [[Bezugssysteme - Ein Arbeitsplan|Arbeitsplan]] oder [[Wechsel des Bezugssystems (Inertialsysteme)|hier]] informieren.</ref> das Auto durch den Aufprall gebremst, aber die Person nicht! | ||
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| + | ==Versuche zur geradlinig gleichförmigen Bewegung== | ||
===Versuch: Rutschen, Rollen und ein Luftkissenfußball=== | ===Versuch: Rutschen, Rollen und ein Luftkissenfußball=== | ||
Wir sitzen in einem Stuhlkreis. | Wir sitzen in einem Stuhlkreis. | ||
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;Aufbau "Rutschen und Rollen" | ;Aufbau "Rutschen und Rollen" | ||
| − | Ein Holzklotz und ein Spielzeugauto | + | <gallery widths=180px heights=130px perrow=3> |
| + | Bild:Holzklotz.jpg| | ||
| + | Bild:Holzklotz Stangen.jpg| | ||
| + | Bild:Spielzeugauto.jpg| | ||
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| + | Ein Holzklotz und ein Spielzeugauto werden "angeschubst". Unter den Holzklotz werden Stangen gelegt. | ||
;Beobachtung | ;Beobachtung | ||
Das Spielzeugauto rollt viel weiter als der Holzklotz rutscht. | Das Spielzeugauto rollt viel weiter als der Holzklotz rutscht. | ||
;Erklärung | ;Erklärung | ||
| − | Der Klotz reibt ziemlich stark am Boden. Dadurch wird er gebremst und bleibt relativ schnell stehen. Die Räder des Autos sorgen dafür, dass nur eine geringe Reibungskraft bremst. Deswegen rollt | + | Zunächst ist der Klotz und das Auto in Ruhe. Beim "Anschubsen" übt man eine Kraft auf den Klotz oder das Auto aus, weswegen es schneller wird.<br>Der Klotz reibt ziemlich stark am Boden. Dadurch wird er gebremst und bleibt relativ schnell stehen. Die Stangen verringern diese Reibungskraft. Die Räder des Autos sind noch besser als die Stangen unter dem Klotz, sie sorgen dafür, dass nur eine geringe Reibungskraft bremst. Deswegen rollt das Auto viel weiter als der Klotz rutscht. |
;Aufbau "Luftkissenfußball" | ;Aufbau "Luftkissenfußball" | ||
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a) Der Luftkissenfußball wird angeschaltet und zunächst nur auf den Boden gelegt. | a) Der Luftkissenfußball wird angeschaltet und zunächst nur auf den Boden gelegt. | ||
<br>b) Dann wird er einmalig angeschubst. | <br>b) Dann wird er einmalig angeschubst. | ||
| − | <br>c) Schließlich spielen wir mit ihm in unserer Mitte.<br style="clear: both" /> | + | <br>c) Schließlich spielen wir mit ihm in unserer Mitte. |
| + | <br>d) Wir versuchen durch Drehen des Balles eine gekurvte Bahn des Balls zu erreichen. | ||
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<br>b) Nach dem Anschubsen des Balles bewegt er sich nur in eine Richtung und er wird kaum langsamer. Manchmal dreht er sich zusätzlich noch, was aber seine geradlinige Bewegung nicht stört. | <br>b) Nach dem Anschubsen des Balles bewegt er sich nur in eine Richtung und er wird kaum langsamer. Manchmal dreht er sich zusätzlich noch, was aber seine geradlinige Bewegung nicht stört. | ||
<br>c) Wenn wir mit dem Fuß gegen den Ball schubsen, ändert er seine Bewegungsrichtung oder auch seine Geschwindigkeit. | <br>c) Wenn wir mit dem Fuß gegen den Ball schubsen, ändert er seine Bewegungsrichtung oder auch seine Geschwindigkeit. | ||
| + | <br>d) Auch mit einer starken Rotation bewegt sich der Ball trotzdem noch ganz geradlinig. | ||
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| + | Bild:Luftkissenpuck Seite ausgeschaltet.jpg|Ausgeschaltet liegt der Ball auf dem Boden. | ||
| + | Bild:Luftkissenpuck Seite eingeschaltet.jpg|Durch die nach unten geblasene Luft hat der Ball keinen Kontakt zum Boden, er schwebt auf einem "Luftkissen". | ||
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<br>a) Meistens ist der Boden eines Raumes nicht exakt eben und so fängt der Ball an sich nach unten zu bewegen. | <br>a) Meistens ist der Boden eines Raumes nicht exakt eben und so fängt der Ball an sich nach unten zu bewegen. | ||
<br>b) Durch das Luftkissen ist die auf ihn wirkende Reibungskraft ist minimal<ref>Weil der Ball sich durch die Luft bewegt, wird er von der Luft auch leicht gebremst, er hat einen "Luftwiderstand".</ref>, der Ball wird kaum gebremst. Wird er einmal angeschubst behält er seine Bewegungsrichtung und seine Geschwindigkeit bei. | <br>b) Durch das Luftkissen ist die auf ihn wirkende Reibungskraft ist minimal<ref>Weil der Ball sich durch die Luft bewegt, wird er von der Luft auch leicht gebremst, er hat einen "Luftwiderstand".</ref>, der Ball wird kaum gebremst. Wird er einmal angeschubst behält er seine Bewegungsrichtung und seine Geschwindigkeit bei. | ||
| + | <br>c) macht Spaß :) | ||
| + | <br>d) Die Drehung des Balles um die eigene Achse beeinflusst seine Bewegung durch den Raum nicht. | ||
Nur durch die Einwirkung einer Kraft beim Berühren mit der Hand oder dem Fuß kann man seine Bewegungsrichtung oder seine Geschwindigkeit ändern. | Nur durch die Einwirkung einer Kraft beim Berühren mit der Hand oder dem Fuß kann man seine Bewegungsrichtung oder seine Geschwindigkeit ändern. | ||
| + | <br>Ohne eine Einwirkung bewegt sich der Ball immer geradlinig mit gleicher Geschwindigkeit. | ||
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| + | ===Versuch: "Hammerwerfen"=== | ||
| + | Wie muss man auf den Luftkissenfußball einwirken, damit er sich im Kreis bewegt? | ||
| + | ;Aufbau | ||
| + | [[Datei:Luftkissenpuck Fußball Schnur Hand.jpg|thumb|left|upright]] | ||
| + | An dem Luftkissenfußball wird eine Schnur festgeklebt. Jemand nimmt das Ende der Schnur in die Hand und versucht den Ball auf eine Kreisbahn zu bringen.<br>Dann läßt sie die Schnur los. | ||
| + | <br style="clear: both" /> | ||
| + | ;Beobachtung | ||
| + | [[Datei:Kreisbahn_Fußball.png|thumb|left]] | ||
| + | Während sich die Person in der Mitte um sich selbst dreht, zeigt die Schnur immer nach außen zum Ball.<br>Nach dem Loslassen bewegt sich der Ball in einer geraden Linie weiter (siehe Bild).<br style="clear: both" /> | ||
| + | ;Folgerung | ||
| + | Um den Ball auf einer Kreisbahn zu halten, muss man immer an der Schnur ziehen und zwar senkrecht zur Bewegungsrichtung in das Zentrum der Kreisbewegung.<br>Ohne diese Kraft bewegt sich der Ball sofort wieder geradlinig weiter, tangential zur Kreisbahn. | ||
==Trägheitsgesetz (1. Newtonsches Axiom)== | ==Trägheitsgesetz (1. Newtonsches Axiom)== | ||
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Ohne Wechselwirkung mit einem anderen Gegenstand bleibt ein Körper in Ruhe | Ohne Wechselwirkung mit einem anderen Gegenstand bleibt ein Körper in Ruhe | ||
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Durch Drücken oder Ziehen an einem Gegenstand kann man seine Bewegung verändern. | Durch Drücken oder Ziehen an einem Gegenstand kann man seine Bewegung verändern. | ||
| − | + | *Drückt oder zieht man gegen die Fahrtrichtung, so bremst man. | |
| − | + | *Beim Drücken oder Ziehen in Fahrtrichtung wird der Gegenstand beschleunigt und | |
| − | + | *beim Drücken oder Ziehen senkrecht zur Fahrtrichtung die Richtung geändert. | |
| − | + | ||
| − | + | ||
|} | |} | ||
==Links== | ==Links== | ||
| − | |||
*Video: [http://www.wdrmaus.de/filme/sachgeschichten/traegheit.php5 Maus Sachgeschichte: Trägheit] (WDR, 1989) | *Video: [http://www.wdrmaus.de/filme/sachgeschichten/traegheit.php5 Maus Sachgeschichte: Trägheit] (WDR, 1989) | ||
*Video: [http://www.youtube.com/watch?v=pDXEb8mQ11M Jetzt fliegt der Weihnachtsbaum] youtube: von "ADAC" | *Video: [http://www.youtube.com/watch?v=pDXEb8mQ11M Jetzt fliegt der Weihnachtsbaum] youtube: von "ADAC" | ||
*Video: [http://www.dailymotion.com/video/x2u62lh Wenn man im Zug hochspringt...] (WDR: Wissen macht Ah! "Was ist das Newtonsche Gesetz?") | *Video: [http://www.dailymotion.com/video/x2u62lh Wenn man im Zug hochspringt...] (WDR: Wissen macht Ah! "Was ist das Newtonsche Gesetz?") | ||
*Video: [http://www.ardmediathek.de/tv/Kopfball/Komplette-Sendung-vom-07-10-2012/Das-Erste/Video?bcastId=443428&documentId=35897152 Schwebende Gegenstände im bremsenden Bus...] ab 11:55 min (ARD Kopfball, 07. Oktober 2012) | *Video: [http://www.ardmediathek.de/tv/Kopfball/Komplette-Sendung-vom-07-10-2012/Das-Erste/Video?bcastId=443428&documentId=35897152 Schwebende Gegenstände im bremsenden Bus...] ab 11:55 min (ARD Kopfball, 07. Oktober 2012) | ||
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==Fußnoten== | ==Fußnoten== | ||
<references /> | <references /> | ||
Aktuelle Version vom 28. April 2019, 22:41 Uhr
(Physik Sekundarstufe I > Kraft und Bewegung ("Dynamik"))
Inhaltsverzeichnis
Beispiele
Wie kriegt man bloß den Ketchup aus der Flasche?
Wenn da mal nichts runterfällt!
(Video: Jetzt fliegt der Weihnachtsbaum)
In der Straßenbahn sollte man sich festhalten...
(Videos: Wenn man im Zug hochspringt... oder im Bus (ab 11.55 min).)
Wo muss die Hammerwerferin loslassen? Videos: Weltrekordwurf von Youri Sedykh, Weltmeisterin Betty Heidler im Interview
Versuche zur Trägheit
Versuch: Die Ketchupflasche
Wie kriegt man den Ketchup aus der Flasche?
Aufbau 1: Zunächst die Standardmethode: Die Flasche steht Kopf und man schlägt auf den Flaschenboden.
Beobachtung: Der meiste Ketchup fließt raus, aber es bleibt noch ein Rest drin, der auch bei heftigem Draufschlagen nicht raus geht.
Aufbau 2: Die verschlossene Flasche wird waagrecht gehalten und man schlägt gegen den Deckel.
Beobachtung 2: Der Ketchup sammelt sich im Flaschenhals nahe des Deckels.
Jetzt kann man die Flasche öffnen und der Ketchup fließt raus.
- Erklärung
1) Bei einer relativ vollen Flasche fließt der Ketchup durch die Gravitation aus der Flasche heraus. Nur wenn der Ketchup zu zähflüssig ist, klebt er in der Flasche fest. Durch das Schlagen auf den Flaschenboden gerät der Ketchup in Bewegung und ist nicht mehr so zähflüssig. Jetzt kann er rausfließen.
2) Der restliche in der Flasche klebende Ketchup ist träge. Durch den Schlag auf den Deckel bewegt sich die Flasche nach links, aber der Ketchup bleibt stehen!
Versuch: Der lose Hammerkopf
Der Kopf eines Hammers ist lose und wackelt. Wie kann man ihn wieder fest auf den Stiel bekommen?
- Aufbau
Man haut den Hammer mit dem Ende des Stiels fest gegen eine Wand oder den Boden.
- Beobachtung
Der Hammerkopf ist vom Stiel gerutscht.
Der Hammerkopf sitzt wieder fest am Stiel!
- Erklärung
Der Hammerkopf ist träge. Zunächst bewegen sich der Kopf und der Stiel gemeinsam auf die Wand zu, dann wird durch den Aufprall der Stiel gebremst. Der Kopf bewegt sich aber weiter und verkeilt sich mit dem Stiel bis der Kopf durch den Stiel gebremst wird.
Versuch: Schuhe ausklopfen
Versuch: Ein Autounfall
- Aufbau
Eine Person steht auf einem Auto.
a) Das Auto fährt los (wird mit der Hand angeschubst).
b) Das Auto fährt gegen ein Hindernis.
- Beobachtung
a) Schubst man zu stark an, so fährt die Person nicht mit, sondern fällt nach hinten vom Auto herunter.
b) Beim Aufprall an der Wand fällt die Person nach vorne vom Auto.
- Interpretation
Die Person ist träge. Der Motor schiebt beim Losfahren das Auto nach vorne. Ist die Person nicht fest genug mit dem Auto verbunden, bleibt sie einfach stehen und das Auto fährt unter ihr weg.
Beim Aufprall an der Wand wird von Außen betrachtet[1] das Auto durch den Aufprall gebremst, aber die Person nicht!
Versuche zur geradlinig gleichförmigen Bewegung
Versuch: Rutschen, Rollen und ein Luftkissenfußball
Wir sitzen in einem Stuhlkreis.
- Aufbau "Rutschen und Rollen"
Ein Holzklotz und ein Spielzeugauto werden "angeschubst". Unter den Holzklotz werden Stangen gelegt.
- Beobachtung
Das Spielzeugauto rollt viel weiter als der Holzklotz rutscht.
- Erklärung
Zunächst ist der Klotz und das Auto in Ruhe. Beim "Anschubsen" übt man eine Kraft auf den Klotz oder das Auto aus, weswegen es schneller wird.
Der Klotz reibt ziemlich stark am Boden. Dadurch wird er gebremst und bleibt relativ schnell stehen. Die Stangen verringern diese Reibungskraft. Die Räder des Autos sind noch besser als die Stangen unter dem Klotz, sie sorgen dafür, dass nur eine geringe Reibungskraft bremst. Deswegen rollt das Auto viel weiter als der Klotz rutscht.
- Aufbau "Luftkissenfußball"
a) Der Luftkissenfußball wird angeschaltet und zunächst nur auf den Boden gelegt.
b) Dann wird er einmalig angeschubst.
c) Schließlich spielen wir mit ihm in unserer Mitte.
d) Wir versuchen durch Drehen des Balles eine gekurvte Bahn des Balls zu erreichen.
- Beobachtung
a) Der Ball fängt an sich langsam in eine Richtung zu bewegen.
b) Nach dem Anschubsen des Balles bewegt er sich nur in eine Richtung und er wird kaum langsamer. Manchmal dreht er sich zusätzlich noch, was aber seine geradlinige Bewegung nicht stört.
c) Wenn wir mit dem Fuß gegen den Ball schubsen, ändert er seine Bewegungsrichtung oder auch seine Geschwindigkeit.
d) Auch mit einer starken Rotation bewegt sich der Ball trotzdem noch ganz geradlinig.
- Folgerung
Ausgeschaltet liegt der Ball auf dem Boden.
Durch die nach unten geblasene Luft hat der Ball keinen Kontakt zum Boden, er schwebt auf einem "Luftkissen".
a) Meistens ist der Boden eines Raumes nicht exakt eben und so fängt der Ball an sich nach unten zu bewegen.
b) Durch das Luftkissen ist die auf ihn wirkende Reibungskraft ist minimal[2], der Ball wird kaum gebremst. Wird er einmal angeschubst behält er seine Bewegungsrichtung und seine Geschwindigkeit bei.
c) macht Spaß :)
d) Die Drehung des Balles um die eigene Achse beeinflusst seine Bewegung durch den Raum nicht.
Nur durch die Einwirkung einer Kraft beim Berühren mit der Hand oder dem Fuß kann man seine Bewegungsrichtung oder seine Geschwindigkeit ändern.
Ohne eine Einwirkung bewegt sich der Ball immer geradlinig mit gleicher Geschwindigkeit.
Versuch: "Hammerwerfen"
Wie muss man auf den Luftkissenfußball einwirken, damit er sich im Kreis bewegt?
- Aufbau
An dem Luftkissenfußball wird eine Schnur festgeklebt. Jemand nimmt das Ende der Schnur in die Hand und versucht den Ball auf eine Kreisbahn zu bringen.
Dann läßt sie die Schnur los.
- Beobachtung
Während sich die Person in der Mitte um sich selbst dreht, zeigt die Schnur immer nach außen zum Ball.
Nach dem Loslassen bewegt sich der Ball in einer geraden Linie weiter (siehe Bild).
- Folgerung
Um den Ball auf einer Kreisbahn zu halten, muss man immer an der Schnur ziehen und zwar senkrecht zur Bewegungsrichtung in das Zentrum der Kreisbewegung.
Ohne diese Kraft bewegt sich der Ball sofort wieder geradlinig weiter, tangential zur Kreisbahn.
Trägheitsgesetz (1. Newtonsches Axiom)
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Ohne Wechselwirkung mit einem anderen Gegenstand bleibt ein Körper in Ruhe
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Veränderungsgesetz (2. Newtonsches Axiom)
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Durch Drücken oder Ziehen an einem Gegenstand kann man seine Bewegung verändern.
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Links
- Video: Maus Sachgeschichte: Trägheit (WDR, 1989)
- Video: Jetzt fliegt der Weihnachtsbaum youtube: von "ADAC"
- Video: Wenn man im Zug hochspringt... (WDR: Wissen macht Ah! "Was ist das Newtonsche Gesetz?")
- Video: Schwebende Gegenstände im bremsenden Bus... ab 11:55 min (ARD Kopfball, 07. Oktober 2012)
Fußnoten
- ↑ Aus Sicht der AutofahrerIn wird die Ladung beim Unfall nach vorne gezogen. Diese andere Sichtweise ist ebenso möglich. Zunächst ist es für uns einfacher den Unfall von Außen zu beschreiben. Zum Wechsel von Bezugssystemen kann man sich mit dem Arbeitsplan oder hier informieren.
- ↑ Weil der Ball sich durch die Luft bewegt, wird er von der Luft auch leicht gebremst, er hat einen "Luftwiderstand".
