Wenn du aus dem freien Fall auf das Wasser auftriffst, wirst du abgebremst. Diese Bremswirkung ist das, was dir so weh tut. Sagte schon der alte Newton in seinem 2. Axiom: Kraft ist Masse mal Beschleunigung, wobei bei einer Bremswirkung einfach eine negative Beschleunigung auftritt.
Wenn es sich um hohe Beschleunigungen handelt, gibt man sie oft als Vielfache der Erdbeschleunigung an. Die Erdbeschleunigung ist: 9.81m/s².
Schlaue Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Menschen nur eine bestimmte Beschleunigung aushalten. Bis 2g gibt’s keine Probleme, ab 3-4g gibt es die Möglichkeit eines Blackouts, bei 5-6g folgt die Bewusstlosigkeit.
Du musst also deine Flüssigkeit, also dein Wasser mit irgendwelchen Tricks verändern, dass die Bremswirkung nicht in den kritischen Bereich von 5-6g gelangt. Ob diese Bremswirkung an der Dichte, der Oberflächenspannung oder der Viskosität der Flüssigkeit liegt, weiß ich nicht. Vielleicht ja auch an allen dreien. Sagen wir mal, du schaffst es die Flüssigkeit mit einer Menge Tricks so zu gestalten, dass sie dich mit konstanten 4g bremst.
Fällst du jetzt zur Erde, wirst du von der Erdanziehungskraft beschleunigt (mit g = 9.81m/s²) und vom Luftwiderstand gebremst. Die max. erreichbare Geschwindigkeit beträgt dabei etwas knapp über 200km/h.
Trittst du jetzt in deine Flüssigkeit ein und wirst mit 4g konstant gebremst, ergibt sich für 200km/h ein Bremsweg von 39.33m
Du hast also deinen Sprung aus dem Flugzeug überlebt und befindest dich nun in 39.33m Tiefe. Solltest du also noch nicht bewusstlos sein, hast du eine wirkliche Chance die Wasseroberfläche zu erreichen, bevor du erstickt bist.
Ob man 40m mit einem normalen Lungenvolumen auftauchen kann und ob man das einfach so machen kann ohne an die Taucherkrankheit zu denken, kann ich nicht sagen. Vielleicht findet sich ja einer, der mehr dazu weiß.
Die Annahme bei der Geschwindigkeit von 200km/h gelten aber nur für die Standard-Fallschirmspringerposition, d.h. der Fallschirmspringer liegt waagerecht in der Luft und streckt Arme und Beine x-förmig von sich. Wenn ich dich richtig verstanden habe, möchtest du aber senkrecht springen, Füße oder Kopf nach unten und Arme und Beine an den Körper angelegt. Für eine solche Haltung wurden Höchstgeschwindigkeiten von über 500km/h gemessen. Wenn wir also von einer Geschwindigkeit von 500km/h ausgehen, kommen wir auf einen Bremsweg von 245.8m. Der Druck dort unten beträgt ca. 24.58bar, das entspricht einem Gewicht von ca. 24.58 kg pro Quadratzentimeter! Du musst dich also fragen, wie kommst du an die Oberfläche ohne vorher zu ersticken, wenn dich die starke Beschleunigung und die große Druckdifferenz dort unten nicht bewusstlos gemacht hat. Außerdem musst du beim Auftauchen an die Taucherkrankheit denken.
Sagen wir mal, du bist super durchtrainiert und hältst eine Beschleunigung von 6g ohne Probleme aus. Wir kämen für 6g auf einen Bremsweg von 136.86m. Ist auch nicht so einfach.
Jetzt kommt dann noch die letzte Frage: Wie hoch muss die Beschleunigung sein, damit du, sagen wir mal, mit 500km/h Geschwindigkeit einen Bremsweg von 10m hast? Das Ergebnis ist: 98.32g. Der Mensch der diese Bremswirkung aushält muss erst noch erfunden werden.
Das letzte Problem ist, dass es wahrscheinlich ganz schön übel ist, wenn man von einer Beschleunigung von 0 auf 4g innerhalb eines Sekundenbruchteils kommt. Du fühlst dich schwerelos und auf einmal spürst du dein 4faches bzw. dein 6faches Körpergewicht. Alle Experimente, die am Menschen durchgeführt wurden, wurden ja bei langsam steigender Beschleunigung gemacht, so das in diesem Fall diese Ergebnisse nicht anwendbar sind. Du musst also eine Schicht über der Wasseroberfläche machen, in der du langsam gebremst wirst, bis du bei 4 bzw. 6g bist.
Die Lösung zu deinem Problem sind also folgende: Die Geschwindigkeit, mit der du aufs Wasser auftriffst zu verringern, indem du entweder einen Fallschirm benutzt oder nicht aus so großer Höhe springst, z.B. von einem 10m-Turm anstatt von einem Flugzeug.
Eine andere Betrachtungsweise ergibt sich, wenn man sich die Bedeutung der Geschwindigkeit einmal anschaut. Ein Körper mit einer bestimmten Masse und einer bestimmten Geschwindigkeit besitzt eine bestimmte „Menge“ an „Bewegungsenergie“. Beim Bremsvorgang wird diese Energie frei. Je länger der Bremsvorgang dauert, desto weniger Energie wird pro Zeiteinheit, z.B. pro Sekunde frei. Diese freiwerdende Energie ist das große Problem. Denn Energie wird nie irgendwie frei, sie bewirkt immer irgendetwas. In diesem Fall bewirkt sie Verformungen an deinem Körper.
Spring ich z.B. von 10m auf eine Betondecke, die nicht nachgibt, ist der Bremsweg sehr kurz, die Bremszeit ebenfalls und die Energie, die pro Zeiteinheit frei wird, sehr groß. Spring ich aber von 10m vom Sprungturm ins Wasser, dann gibt das Wasser nach, der Bremsweg ist länger, dadurch die Bremszeit auch und die Energie, die pro Zeiteinheit freiwird ist viel geringer. Obwohl man mit der gleichen Geschwindigkeit und dem gleichen betrag an Bewegungsenergie auftrifft, werden die Verletzungen im Wasserfall viel geringer sein, als im Betonfall.
In deinem Fall nehme ich eine Masse von 80kg an und du hast eine Geschwindigkeit von 500km/h. Deine „Bewegungsenergie“ beträgt 771 600 J, mit dieser Energie kann man 1000L Wasser von 0 auf 771.6°C erwärmen oder 87 Tafeln Schokolade auf den Mount Everest bringen.
Wenn du gebremst wird, wird diese Energie frei, du musst also etwas mitbringen, das diese Energie aufnimmt, damit sie nicht auf deinen Körper wirkt. Oben haben wir angenommen, dass du allein springst, damit brauchten wir einen langen Bremsweg, damit die freiwerdende Energie über einen längeren Zeitraum verteilt freiwird und dich nicht zerfetzt. In diesem Fall kann die Bremszeit viel kürzer werden, da du die Energie ja nicht komplett aufzunehmen brauchst.
Dieser Trick wird auch tatsächlich angewandt: Im Motorsport, z.B. der Formel 1 findet man die Verlängerung der Bremszeit durch große Auslaufzonen und Kiesbetten, der zweite Trick ist, die freiwerdende Energie beim Crash vom Auto und nicht vom Piloten aufnehmen zu lassen. Wenn du einmal einen Formel-1-Crash gesehen hast, dann weißt du, dass jede Menge von Teilen, auch große und schwere Teile mit hohen Geschwindigkeiten sehr weit durch die Luft geschleudert werden. Dafür sind hohe Energien erforderlich. Diese werden beim Crash frei und wirken auf die Teile, nicht auf den Piloten! Schau dir mal ein „gecrashtes“ Formel-1-Auto an und stell dir vor, diese Energie, die dieses Auto so zerlegt hat, wäre komplett auf den Piloten übergegangen. Na dann Prost Mahlzeit.
Diese Erfindung nennt sich Knautschzone. Wenn du also deinen Sprung machen willst, musst du dir irgendetwas an die Füße binden, das die Energie aufnimmt, die beim Bremsen freiwird. Ob das bei den hohen Geschwindigkeiten überhaupt möglich ist, das du nichts abbekommst, halte ich für sehr fraglich. Bedenke aber, dass für jedes mitgenommene kg deine „Bewegungsenergie“ um 9 645.06 J zunimmt. Anderseits bringt dir jedes ersparte kg eine geringere Bewegungsenergie. Also nackt springen und vorher Diät machen!
Eine gute natürliche Knautschzone sind Körperteile, die du nicht brauchst. Wenn du dir z.B. 10 Mal jedes Bein brichst, nimmt das schon sehr viel Energie auf. Die Beine kannst dir dann nach dem Sprung amputieren lassen. Machst dir statt dessen halt ein Paar Prothesen dran, ist auch was feines. Dann musst du dich wenigstens nicht mit eingeschlafenen Füßen rumärgern und im Flugzeug haste auch keine Probleme mehr. Solltest vor dem Sprung nur ein paar Schmerzmittel nehmen. Vielleicht fragst du mal den Jackson-Arzt, der ist für jeden neuen Patienten dankbar. Denkst aber dran, dass du nach deiner Landung irgendetwas brauchst um wieder aufzutauchen und im Wasser zu schwimmen. Mit 10 Frakturen pro Bein stell ich mir das etwas problematisch vor.
Bin kein Physiker, also alles ohne Gewähr. Außerdem hab ich mir ein paar Vorzeichen gespart. Meine Quellen sind:
-www.de.wikipedia.org
-Tipler, Mosca, Physik für Wissenschaftler und Ingenieure, 2. Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007
Ich hoffe, ich konnte dir ein wenig weiterhelfen.
