Wenn Menschen fliegen könnten, ohne Hilfsmittel und Maschinen, was meinst du, wie schnell würden wir dann sein? Der Weltrekord im Jahr 2012 für den schnellsten Kurzstreckensprint liegt bei etwa 43 km/h. Die Laufgeschwindigkeit hängt davon ab, wie viel Kraft von den Beinen des Läufers ausgeübt wird, und laut Newtons zweitem Gesetz der Bewegung ist Kraft das Produkt von Masse mal Beschleunigung. Newtons drittes Gesetz besagt, dass jeder Kraft immer eine gleich große und entgegengerichtete Kraft entgegenwirkt. Das heißt also, dass man beim Laufen einen Boden haben muss, um sich davon abzudrücken, und der Boden "drückt gegen" die Füße des Läufers. Fliegen ist daher eigentlich vielmehr wie schwimmen. Im Moment ist Michael Phelps der schnellste Mensch im Wasser und der am meisten ausgezeichnete Olympiateilnehmer aller Zeiten. Rate mal, wie schnell er schwimmt? Die Antwort wird dich überraschen. Sein Geschwindigkeitsrekord liegt bei weniger als 8 km/h. Ein Kind kann Michael Phelps im Wasser leicht überholen, wenn es neben ihm herläuft. Aber warum ist das so? Kommen wir noch mal auf Newtons 3. Gesetz der Bewegung zurück. Wenn wir laufen, bewegen wir uns vorwärts, indem sich unsere Füße am Boden abdrücken und der Boden "zurück drückt", und uns somit vorantreibt. Der Boden ist fest. Laut Definition bedeutet das, dass die Partikel an Ort und Stelle eingeschlossen sind und "zurück drücken" müssen anstatt auszuweichen, aber Wasser ist flüssig und fließt sehr leicht. Bewegen wir unsere Gliedmaßen, um das Wasser wegzudrücken, kann ein Teil der Wassermoleküle einfach den anderen ausweichen anstatt "zurück zu drücken". Kommen wir nun zum Fliegen. In der Luft haben die Partikel noch mehr Freiraum, um einander auszuweichen, also verschwenden wir hier noch viel mehr Energie. Wir müssten sehr viel Luft wegdrücken, um uns vorwärts zu bewegen. Astronauten bewegen sich im Weltall, in der Schwerelosigkeit, in Shuttles, indem sie an Hebeln ziehen, die an der Decke und am Boden des Shuttles angebracht sind. Stell dir vor, du hättest die Fähigkeit zu schweben. Wie würdest du dich mitten auf der Straße bewegen? Du würdest nicht sehr weit kommen, wenn du durch die Luft "schwimmst", oder? Nein, eher nicht! Nehmen wir einmal an, du könntest schweben, mit genügend Geschwindigkeit, um dich tatsächlich zu bewegen. Dann reden wir mal über deine Flughöhe. Gemäß dem Gesetz der Zustandsgleichung idealer Gase haben Druck und Temperatur eine positive Wechselbeziehung, das heißt, sie steigen und fallen gemeinsam. Das ist so, weil sich das Volumen der Luft mit weniger Druck vergrößert, und somit haben die Moleküle mehr Raum, sich zu bewegen, ohne dass sie aufeinanderstoßen und Hitze erzeugen. Da der Atmosphärendruck in großen Höhen viel niedriger ist, würde es eisig kalt sein, wenn du über den Wolken flögest. Dann müsstet du dich warm einpacken, um dein Körperkerntemperatur über 35 Grad Celcius zu halten, ansonsten würdest du heftig frösteln, du würdest allmählich geistig verwirrt sein und fielst schließlich vom Himmel, weil du deine Muskeln wegen Unterkühlung nicht mehr kontrollieren könntest. Also die Zustandsgleichung idealer Gase besagt: Wenn der Druck fällt, steigt das Volumen des Gases an. Flögest du zu schnell ganz gerade in die Höhe, würde sich das reaktionsträge Gas in deinem Körper rasend schnell ausbreiten, so wie Limonade zischt, wenn sie geschüttelt wird. Dieses Phänomen wird als "Dekompressionskrankheit" oder auch "Taucherkrankheit" bezeichnet, da Tiefseetaucher dies durchleben, wenn sie zu schnell nach oben gehen. Das Ergebnis davon sind Schmerzen, Lähmung oder sogar Tod -- es hängt davon ab, wie schaumig das Blut wird. Also gut, sagen wir, du willst nur ein paar Meter über dem Boden fliegen, wo du noch die Straßenschilder sehen und locker Sauerstoff einatmen kannst. Du brauchst jedoch eine Schutzbrille und einen Helm, um dich vor Vögeln, Insekten, Straßenschildern elektrischen Kabeln und anderen fliegenden Menschen zu schützen, einschließlich fliegenden Polizisten, immer bereit, dir ein Knöllchen zu geben, wenn du nicht die Flugregeln befolgst. Denk daran: Hast du einen Zusammenstoß in der Luft und wirst bewusstlos, gehst du in den freien Fall über, bis du auf dem Boden aufschlägst. Ohne die Gesellschaft oder die Gesetze der Physik wäre es total super, fliegen zu können. Aber selbst wenn wir alle einfach so ein paar Meter über dem Boden herum schweben könnten und uns nur im Schneckentempo bewegen würden, wäre es trotzdem eine coole Fähigkeit, die ich haben möchte. Du nicht auch? Dachte ich mir's doch. Welche Physiklektion über die Superkräfte wirst du als nächste erkunden? Veränderung von Körpergröße und -gewicht, Supergeschwindigkeit, Fliegen, Superkraft, Unsterblichkeit oder Unsichtbarkeit?
If humans could fly, without tools and machines, how fast do you think we would go? As of 2012, the world record for fastest short-distance sprint speed is roughly 27 miles per hour. Running speed depends on how much force is exerted by the runner's legs, and according to Newton's Second Law of Motion, force is the product of mass times acceleration. And Newton's Third Law states that for every action, there is an equal and opposite reaction. So, that means running requires having a ground to push off from, and the ground pushes back against the runner's foot. So, flying would actually be more similar to swimming. Michael Phelps is currently the fastest human in water and the most decorated Olympian of all time. Guess how fast he swims? The answer may surprise you. His fastest recorded speed is less than 5 miles per hour. A child on the ground can easily outrun Michael Phelps in water, but why is that? Well, let's go back to Newton's Third Law of Motion. When we run, we move forward by pushing against the ground with our feet and the ground pushes back, propelling us forward. The ground is solid. By definition, it means the particles are essentially locked into place and must push back instead of getting out of the way, but water is liquid and flows easily. When we move our limbs to push back against the water, a part of the water molecules can just slide past one another instead of pushing back. Now, let's think about flying. Air has a lot more free space for particles to move past one another, so even more of our energy would be wasted. We would need to push a lot of air backwards in order to move forward. Astronauts move around in shuttles in zero gravity when they're in outer space by pulling on handles installed on the ceiling walls and floors of the shuttle. Now, imagine you were given the ability to float. How would you move around in the middle of the street? Well, you wouldn't get very far by swimming in air, would you? Nah, I don't think so! Now, assuming you were granted the ability to float and the speed to move around efficiently, let's discuss the height of your flight. According to the Ideal Gas Law, P-V N-R-T, pressure and temperature has a positive correlation, meaning they increase and decrease together. This is because the air expands in volume with less pressure, so the molecules have more room to wander around without colliding into each other and creating heat. Since the atmospheric pressure is a lot lower in high altitudes, it would be freezing cold if you were flying above the clouds. You'd need to wrap yourself up to keep your core body temperature above 95 degrees Fahrenheit, otherwise you'd start shivering violently, gradually becoming mentally confused and eventually drop out of the sky due to loss of muscle control from hypothermia! Now, the Ideal Gas Law implies that as the pressure decreases, gas volume increases. So, if you were to fly straight up too quickly, the inert gas in your body would rapidly expand the way soda fizzes up when shaken. The phenomenon is called "the bends," decompression sickness, or "divers disease" since deep sea scuba divers experience this when they come up too quickly. This results in pain, paralysis, or death, depending on how foamy your blood becomes. Okay, well, let's say you want to fly just a few meters above the ground where you can still see the road signs and breath oxygen with ease. You'll still need goggles and a helmet to protect you from birds, insects, street signs, electrical wires, and other flying humans, including flying cops ready to hand you a ticket if you don't follow the flying rules, buddy. Now remember, if you have a collision mid-air that knocks you unconscious, you would experience free fall until you hit the ground. Without society or the laws of physics, flying would be a totally awesome ability to have. But, even if we could all just float around a few feet above the ground and only moving at a snail's pace, I'm telling you, it's still a cool ability that I'd want, wouldn't you? Yeah, I thought so. Now, which superpower physics lesson will you explore next? Shifting body size and content, super speed, flight, super strength, immortality, and invisibility.