- Parkour-Meister nutzen die Physik, insbesondere Reibung, um durch Hüpf-Vorgänge zwischen zwei Wänden ein Gebäude zu erklimmen. . Reibungskraft wird durch den Reibungskoeffizienten und die Normalkraft bestimmt, die durch den Druck gegen die Wände entsteht. . Newtons zweites Gesetz besagt, dass die Nettokraft auf ein Objekt dessen Beschleunigung und Masse bestimmt, während Newtons drittes Gesetz erklärt, dass Kräfte immer paarweise auftreten. . Der zickzackförmige Aufstieg erfordert perfektes Timing und Kraft, um von einer Wand zur nächsten zu springen und dabei die Schwerkraft zu überwinden. . Eine minimale Reibungskraft von 735 Newton und eine Normalkraft von mindestens 1.225 Newton sind notwendig, wobei ein insgesamt großer Kraftaufwand erforderlich ist, um den Stunt erfolgreich auszuführen.
Das sieht aus wie etwas aus einem Videospiel, aber es ist echt. Einige Parkour-Meister können durch das Springen zwischen zwei gegenüberliegenden vertikalen Flächen ein Gebäude erklimmen und dabei nach oben zickzacken. Kein Scherz, sie warten. (Es ist der Move, der bei 0:10 in dem Clip beginnt.) Ich werde das wohl nicht versuchen, denn mein Job als Physikprofessor wäre gefährdet, wenn ich auf meinen Kopf fiele. Aber aus der Sicherheit meines Bürostuhls heraus kann ich Ihnen erklären, wie es funktioniert, denn Parkour dreht sich vollständig darum, die Physik zu unserem Vorteil zu nutzen.
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Die Kraft der Reibung
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Reibung ist hier Ihr Freund. Wenn zwei Oberflächen miteinander in Kontakt stehen und gegeneinander gleiten können – wie Schuhe an einer Wand – modellieren wir den Widerstand gegen das Gleiten als Reibungskraft. Die Stärke dieser Kraft hängt von zwei Dingen ab: 1) Den spezifischen Materialien, die in Kontakt sind. Diese Wechselwirkung beschreiben wir mit dem Reibungskoeffizienten μ, der im Allgemeinen eine Zahl zwischen 0 und 1 ist. Der Koeffizient für Gummisohlen auf Stein ist höher als der für glatte Ledersohlen, also versuchen Sie dies nicht in Ihren Anzugschuhen. 2) Wie stark sie gegeneinander gedrückt werden. Wir nennen dies die Normalkraft, da sie senkrecht (d.h. “normal”) zur stationären Oberfläche steht. Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, ein Buch auf einem Tisch zu verschieben, während ein Schelm darauf drückt. Das Gleiche gilt hier, nur seitlich: Wenn Sie auf eine Wand springen, drückt Ihr Fuß gegen die Wand. Die Reibungskraft Ff ist dann die Normalkraft N mal dem Koeffizienten μ.
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Warum brauche ich Reibung? Nun, es sei denn, Sie sind in einem Videospiel, Sie benötigen eine aufwärts gerichtete Kraft, um der Schwerkraft entgegenzuwirken, damit Sie nicht einfach zu Boden stürzen. Und wenn Sie tatsächlich nach oben klettern wollen, muss diese Reibungskraft die Gravitationskraft übersteigen.
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Das Geheimnis der Kräfte
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Wenn eine Kraft auf ein Objekt wirkt, wird dieses Objekt beschleunigen – das bedeutet, seine Geschwindigkeit wird sich ändern. Wenn es mehr als eine Kraft gibt, addieren wir sie, um die Nettokraft zu erhalten. Das zweite Gesetz von Newton besagt, dass die Nettokraft auf ein Objekt gleich dem Produkt seiner Masse (m) und seiner Beschleunigung (a) ist. (Oder nützlicher, die Beschleunigung ist die Nettokraft geteilt durch die Masse.) Beide Kräfte und die Beschleunigung sind Vektoren – das bedeutet, sie haben sowohl eine Richtung als auch eine Größe.
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Springen an eine Wand
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Also, Sie sind ein Parkour-Neuling und möchten versuchen, eine vertikale Wand hinaufzulaufen. Sie nehmen einen guten Anlauf und springen, wobei ein Fuß die Wand berührt. Stoppen Sie! Halten Sie die Zeit an diesem Punkt an. Hier ist eine Darstellung Ihres Fußes (als Block) in diesem Moment:
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Es wirken drei Kräfte auf Ihren Fuß (und damit auf Sie). Erstens zieht die Gravitationskraft (mg) Sie nach unten. Wenn Ihr Fuß nicht sofort abrutscht, muss die aufwärts gerichtete Reibungskraft (Ff) der Gravitationskraft entsprechen, sodass die Nettokraft in vertikaler Richtung null ist. Schließlich haben wir eine Kraft von der Wand, die auf den Fuß drückt. Was? Lassen Sie mich erklären: Wenn Sie auf die Wand treffen, drückt Ihr Fuß nach innen. Diese Aufprallkraft erzeugt die momentane Reibung. Warum stürzen Sie nicht durch die Wand?
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Der zickzackförmige Aufstieg
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Es liegt daran, dass die Wand Sie zurückdrückt – das ist unsere Normalkraft N. Newtons drittes Gesetz sagt, für jede Aktion gibt es eine gleichwertige und entgegengesetzte Reaktion – das bedeutet eine Kraft gleicher Größe in entgegengesetzter Richtung. Kräfte treten immer paarweise auf. Aber Moment! Nur eine dieser entgegengesetzten horizontalen Kräfte wirkt auf Sie. Das bedeutet, dass Ihr Fuß sich von der Wand weg beschleunigen wird – und sobald Sie den Kontakt verlieren, gibt es keine Reibung, die Sie hält.
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Ok, die Wand stößt Sie nach rechts zurück, also was ist Ihr nächster Schritt? Nutzen Sie diese Rechtsbewegung, um zu einer zweiten Wand einige Meter entfernt zu gelangen! Und um sich nach oben zu bewegen, möchten Sie vor dem Verlust des Kontakts sowohl nach oben als auch nach vorne drücken. Wenn Sie die zweite Wand treffen, drückt Ihr Fuß wieder nach innen und erzeugt Reibung und eine Reaktion von der Normalkraft. Dann können Sie diese Rückstoßkraft in einen weiteren Sprung zurück nach links umsetzen und so weiter. Wenn Ihr Timing stimmt, können Sie wie der Typ im Video nach oben zickzacken.
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Vektoriell ausgedrückt
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Nehmen wir einige reale Zahlen. Sagen wir, Sie beginnen mit einer horizontalen Geschwindigkeit (v1) von –1 Meter pro Sekunde und springen mit einer horizontalen Geschwindigkeit (v2) von +1 m/s zurück. Das Ändern des Vorzeichens zeigt die Richtungsumkehr an. Denken Sie daran, dass Sie sich entlang der x-Achse eines Koordinatensystems hin und her bewegen, negativ nach links, positiv nach rechts. Beachten Sie, dass sich Ihre Geschwindigkeit nicht ändert, nur die Richtung.
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In der Tat, weil sich Ihre horizontale Geschwindigkeit umkehrt, erfahren Sie eine große Geschwindigkeitszunahme. (v2 – v1) = (1 – (–1)) = 2. Dies gibt Ihnen eine größere Aufprallbeschleunigung, eine stärkere Normalkraft und mehr Reibung. Das Hin- und Herspringen ist der Schlüssel, um die Schwerkraft bei diesem Stunt zu überwinden.
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Wie viel Kraft bräuchte man, um einen dieser waghalsigen Wandabprallsprünge zu machen? Angenommen, Sie haben eine Masse von 75 Kilogramm und ein Reibungskoeffizient von 0,6, was wahrscheinlich konservativ für Gummisohlen ist.
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Zuerst muss die Reibungskraft (Ff) der Gravitationskraft (mg) entsprechen oder diese übersteigen. Die Gravitationsfeldstärke auf der Erde (g) beträgt 9,8 Newton pro Kilogramm. Also ergibt die Gravitationskraft (m x g) = 75 x 9,8 = 735 Newton.
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Zusammenfassung der Kräfte
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Denken Sie daran, dass die Reibungskraft die Normalkraft mal dem Reibungskoeffizienten (Ff = μN) ist. Um eine minimale Reibungskraft von 735 Newton zu erreichen, benötigen wir eine Normalkraft von mindestens 1.225 Newton (Ff/μ = 735/0.6 = 1.225). Beide Kräfte, die Schwerkraft und die Normalkraft, wirken auf Sie, also müssen wir sie addieren, um die Nettokraft zu erhalten. Da sie senkrecht zueinander stehen, können wir die Vektorsumme leicht als 1.429 Newton berechnen. (Notieren Sie sich: Wenn Sie ein Parkour-Held sein möchten, dann lernen Sie Linearalgebra.)
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Das bedeutet, dass Sie mit derselben Kraft zurückdrücken müssen (weil Kräfte eine Wechselwirkung zwischen zwei Dingen sind). 1.429 Newton ist eine Kraft von 321 Pfund. Das ist erheblich, aber nicht unmöglich. Es praktisch zu schaffen, ist jedoch nicht so einfach.
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Wie viel Zeit haben Sie, um die Drehung zu schaffen? Mit der Normalkraft und der Masse der Person können wir die horizontale Beschleunigung ax berechnen. Per Definition entspricht dies der Änderung der Geschwindigkeit pro Zeiteinheit (Δt), sodass wir damit das Zeitintervall berechnen können: Wenn Sie unsere Zahlen einsetzen, erhalten wir ein Zeitintervall von 0.12 Sekunden. Mit anderen Worten, zögern Sie, und Sie fallen. Fazit: Wenn Sie diesen beeindruckenden Parkour-Stunt schaffen wollen, müssen Sie stark, schnell und furchtlos sein – denn wenn Ihnen auf halber Höhe die Newtons ausgehen, ist der Abstieg viel schneller als der Aufstieg.
