Ein österreichischer Draufgänger bereitet sich am Montag (Okt. 8), ein hochfliegender Sprung von 23 Meilen über der Erde, der verspricht, mehr als einen Rekord zu brechen, wenn alles nach Plan verläuft.
Der erfahrene Fallschirmspringer Felix Baumgartner, 43, wird den Sprung machen und damit die erste Person sein, die jemals schneller als die Schallgeschwindigkeit freigefallen ist. Sein Fallschirmsprung wird auch der höchste aller Zeiten sein und einen Rekord von Joe Kittinger, Kapitän der US Air Force, um mehr als 5 Kilometer übertreffen.,
Aber was ist die Physik dieser situation?
Ein mit Helium gefüllter Ballon hebt Baumgartner, der in einer maßgeschneiderten Kapsel sitzt, auf eine Höhe von 36.576 Metern. In dieser Höhe, die sich in den oberen Rängen der Stratosphäre registriert, ist die Atmosphäre nur eine Ahnung von ihrem Selbst auf Meereshöhe und übt einen Druck von weniger als 0,5 Prozent ihres Wertes in Bodennähe aus. Selbst wenn sich der Mensch allmählich akklimatisiert, kann er ohne Sauerstofftank nicht lange über 26.000 Fuß überleben, so dass ein viel höherwertiger Baumgartner definitiv zusätzlichen Sauerstoff benötigt.,
Wenn der Fallschirmspringer aus seiner Kapsel tritt und in die Leere stürzt, beschleunigt er ungefähr 30 Sekunden lang, bevor er seine Höchstgeschwindigkeit erreicht, erklärte Michael Weissman, Physiker an der Universität von Illinois in Urbana-Champaign. Weissman schätzt, dass Baumgartners Geschwindigkeit knapp über der Meeresspiegelgeschwindigkeit des Schalls liegen wird, die etwa 760 Meilen pro Stunde (1.225 Kilometer pro Stunde) beträgt.
Baumgartner hört wegen Kollisionen mit Luftmolekülen auf zu beschleunigen., Der Luftwiderstand, der als „Schleppkraft“ bezeichnet wird, widersetzt sich der Abwärtsbewegung eines fallenden Körpers und wirkt der abwärts gerichteten Schwerkraft entgegen, indem er den Körper nach oben drückt. Je schneller der Körper fällt, desto größer ist der Luftwiderstand, den er erfährt, und so wird bei einer bestimmten maximalen Geschwindigkeit, der so genannten Endgeschwindigkeit, die Widerstandskraft gleich und entgegengesetzt zur Gravitationskraft. Wenn die beiden Kräfte ausgeglichen sind, beschleunigt der Körper nicht mehr.
Unter normalen Umständen bedeutet das Erreichen der Endgeschwindigkeit, dass die Geschwindigkeit konstant bleibt, aber das gilt nur, wenn äußere Kräfte konstant bleiben., Im Falle dieses Fallschirmsprungs, erklärt der Physiker Louis Bloomfield von der University of Virginia, verdickt sich die umgebende Atmosphäre dramatisch, wenn Baumgartner fällt, so dass die von der Luft auf ihn ausgeübte Aufwärtskraft stetig zunimmt. Folglich sinkt die lokale Endgeschwindigkeit, wenn seine Höhe abfällt.
„Wenn er absteigt, nimmt die lokale Endgeschwindigkeit ab und so wird er allmählich langsamer, bis er die 100-200 Meilen pro Stunde des Fallschirmsprungs nahe dem Meeresspiegel erreicht“, sagte Bloomfield zu den kleinen Mysterien des Lebens.,
An diesem Punkt betritt Baumgartner sicheres Wasser: Der Sturz verwandelt sich in einen gewöhnlichen Fallschirmspringer. Aber was passiert mit seinem Körper vor diesem Punkt, wenn er mit Schallgeschwindigkeit durch die Stratosphäre stürzt?
Zum einen wird laut Bloomfield eine Schockwelle, auch bekannt als Sonic Boom, seinen Körper umhüllen. „Er wird so schnell mit dem Gas kollidieren, dass es nicht aus seinem Weg fließen kann, weil es effektiv nicht weiß, dass er kommt“, sagte er.
Zweitens erzeugen diese Hochgeschwindigkeitskollisionen mit der Luft eine große Wärmemenge.,
„Wenn er sich in der Nähe der Höchstgeschwindigkeit befindet, wird fast die gesamte Gravitationspotentialenergie, die er verliert, in Wärme umgewandelt“, sagte Weissman. Wenn er und sein Anzug zusammen in der Nachbarschaft von 220 Pfund (110 Kilogramm) wiegen, wird er bei Schallgeschwindigkeiten rund 300 Kilowatt Wärme erzeugen.
„Wenn diese Hitze einfach in den Fallschirmspringer geworfen würde, würde er fast 1 Grad Celsius pro Sekunde erhitzen, was schnell tödlich wäre“, sagte er., „Natürlich geht der größte Teil dieser Wärme in die Atmosphäre, aber es klingt nicht nach einer guten Idee, sehr lange ohne Schutz um das Äquivalent von 200 Hochleistungs-Haartrocknern zu sein.“
Vorausgesetzt Baumgartners Anzug bietet den Schutz, den er braucht, sollte er den Sturz überleben. Aber Weissman wies darauf hin, dass der Akt, diese Annahme zu machen, darauf hindeutet, dass dieser Stunt gefährlich ist. „In der Regel würde ich sagen, dass alles Extreme und Beispiellose besondere Gefahren birgt“, sagte er., „In diesem Fall wirft die lange Zeit, die auf Sauerstoff und Wärmeschutz vom Anzug angewiesen ist, Probleme auf, mit denen ein gewöhnlicher Fallschirmspringer nicht konfrontiert ist. Mit anderen Worten, hier ist mehr „Annahme“ erforderlich.“
Wenn Baumgartner überhaupt besorgt ist, zeigt er es nicht. „Ich fühle mich wie ein Tiger in einem Käfig, der darauf wartet, herauszukommen“, sagte er in einer Erklärung.
Diese Geschichte wurde von Life ‚ s Little Mysteries, einer Schwesterseite von LiveScience, zur Verfügung gestellt. Folgen Sie Natalie Wolchover auf Twitter @nattyover oder Life ‚ s Little Mysteries @llmysteries. Wir sind auch auf Facebook & Google+.,