Schwerelosigkeit und Parabelflug

Der Name Zero G (»Null G«, keine Gravitation) ist irreführend, denn man kann der Erdanziehung in einem Flugzeug, oder in einem Raumschiff auf einer Erdumlaufbahn, nicht entkommen. Die Passagiere erleben jedoch das Gleiche wie echte Astronauten: Schwerelosigkeit.

Das Gewicht einer Person hängt von der Gravitationskraft ab, die auf den Körper einwirkt. Steht ein Mann mit einer Masse von 75 Kilogramm auf dem Boden, dann fühlt er ein »Gewicht«, weil die Erdanziehung seinen Körper nach unten zieht, während die Erde dem eine gleich große Kraft entgegensetzt. Diese vom Boden nach oben wirkende Kraft fühlt der Körper und er spürt sein Gewicht. Mehr über Gewicht und Masse erfahren Sie in Kapitel 69.

Dem Fallschirmspringer im freien Fall wirkt keine Kraft vom Boden entgegen und er fällt durch die Kraft der Gravitation. Der einzige Widerstand, auf den er stößt ist der Luftwiderstand (und der ist minimal), sodass er ein Gefühl der Schwerelosigkeit verspürt.

Bei einem Raumschiff in einer Umlaufbahn sind die Astronauten schwerelos, weil sich das Raumschiff und die Astronauten zusammen im freien Fall befinden. Der Astronaut hat relativ zum Raumschiff kein Gewicht, obwohl die Erdanziehung auf beide einwirkt. Ein Raumschiff in einer Umlaufbahn bewegt sich im richtigen Winkel und mit ausreichender Geschwindigkeit im freien Fall. Dabei stürzt es nie auf die Erde sondern fällt immer weiter und bewegt sich dabei horizontal in einer Umlaufbahn um die Erde herum.

Im Zero G-Flugzeug ist die Gravitation immer noch vorhanden, doch durch den Parabelflug fallen Passagiere und Flugzeug gemeinsam. Relativ zum Flugzeug haben die Passagiere jedoch kein Gewicht, denn es gibt keine Kraft, die durch das Flugzeug auf sie wirken könnte. Beim Zero G-Flugzeug wird dies durch eine spezielle ballistische Flugbahn erzielt, wobei gerade mal so viel Schub erforderlich ist, um den Luftwiderstand zu überwinden.

Wird eine Kugel aus einem Gewehr abgefeuert, dann fliegt sie durch die Luft und nur die Gravitation wirkt auf sie ein (wenn wir den Luftwiderstand mal ignorieren). Die Gravitation zieht die Kugel nach unten, und diese folgt dann einer parabelförmigen Bahn. Schießt man die Kugel am Boden – der Position (0, 0) – mit einem Winkel von θ Grad mit der Geschwindigkeit v ab, dann lässt sich ihre Position zum Zeitpunkt t mit (tv cos θ, tv sin θ – 1/2 gt²) bestimmen, wobei es sich bei g um die Gravitationsbeschleunigung handelt.

Ein mit 45° nach oben steigendes Flugzeug, das dann in eine Parabel eintritt, erreicht die maximale Länge eines ballistischen Fluges, ebenso wie eine Gewehrkugel, die wenn sie mit einem Winkel von 45° abgefeuert wird, am weitesten fliegt.