ist das Protokoll von Martin - cwkphysiklkabi40

Physik-Protokoll
Datum: 14.11.2011
Kurs: Physik-LK
Kurslehrer: Herr Winkowsi
Protokollant: Martin Machnow
Themen: Corioliskraft und Drehmoment
I Zusammenfassung der Corioliskraft, Thema der letzten Stunde
Die Corioliskraft ist eine so genannte Scheinkraft. Sie ist die Kraft, die einen Körper in einem
bewegten System ablenkt. Das kann anhand des Beispiels einer sich drehender Scheibe verdeutlicht
werden. Ein Ball soll von einem Punkt zu einem sich gegenüber befindenden Punkt gerollt werden.
Der Ball wird diesen Punkt nicht erreichen, da sich die Scheibe dreht. Das bedeutet, dass der Ball
zwar ankommt, jedoch an der Stelle, an der sich der eine Punkt bei Abwurf befunden hat.
Mittlerweile hat sich der zu erreichende Punkt auf der Scheibe mitgedreht. Deswegen sieht es wenn
man sich innerhalb des Systems befindet so aus, als sei der Ball entgegen der Drehrichtung ablenkt
worden. Wenn man das Gleiche von außerhalb betrachtet, sieht man, dass der Wurf durchaus gerade
ist, aber sich eben der eine Punkt von der angepeilten Stelle fortbewegt.
Man sehe hierfür folgendes Video, bei dem man sich als Beobachter innerhalb des Systems befindet
und deshalb den eben beschriebenen Eindruck erhält:
http://www.youtube.com/watch?v=LAX3ALdienQ
Zusätzlich sollte folgendes Video gesehen werden, welches noch einige Erklärungen enthält:
http://www.youtube.com/watch?v=OofRUuiTltQ&feature=related
Die Corioliskraft entsteht aufgrund der Erdrotation und lenkt alle Bewegungen auf der Erde ab. Auf
der Nordhalbkugel werden alle Bewegungen nach rechts abgelenkt, alle auf der Südhalbkugel nach
links. Das hat eine Reihe von Auswirkungen, welche sich als interessante Gegebenheiten darstellen.
Zwei davon sollen hier genannt werden. Zum einen wird das Ufer von Flüssen auf der
Nordhalbkugel auf der in Fließrichtung rechten Seite stärker belastet und damit stärker abgetragen
als das linke Ufer. Das resultiert aus der Tatsache, dass die Corioliskraft die Flüsse eben leicht nach
rechts drückt. Ein weiterer Effekt ist bei der Eisenbahn zu beobachten: verläuft eine Strecke vertikal
zum Äquator, so wird auf der Nordhalbkugel die in Fahrtrichtung rechte Schiene stärker belastet als
die linke. Die Mehrbelastung beträgt etwa ein Promille. Das Gleiche gilt in beiden Fällen natürlich
auch auf der Südhalbkugel, dort allerdings auf der jeweils linken Seite.
Hier noch ein Bild, welches verdeutlicht, weswegen sich Tiefdruckgebiete auf der Nordhalbkugel
nach links drehen:

Eine weitere interessante Begebenheit konnte im Schülerversuch gezeigt werden:
Legt man eine Kugel auf eine sich rotierende Scheibe, so beginnt die Kugel allmählich in größer
werdenden Kreisen zu rotieren und fällt schließlich von der Scheibe. Die Erklärung dessen
verschließt sich uns allerdings, da es auf für uns deutlich zu hoher Mathematik beruht.
II Einstieg in das Drehmoment

Das Drehmoment ist eine eigene physikalische Größe und erhält als eigenes Symbol „M“. Es ergibt
sich aus der wirkenden Kraft multipliziert mit dem Radius, woraus folgt:
M=F*r
Drehmoment = Kraft x Radius
Daraus wiederum ergibt sich die Einheit des Drehmoments:
[M]=kg*m²/s²
Also hat das Drehmoment dieselbe Einheit wie Joule bei den Kräften, darf jedoch keinesfalls mit
demselben verwechselt und als Joule bezeichnet werden.
Die richtige Bezeichnung lautet also:
[M] = Newtonmeter
Ein sich nicht bewegender, also starrer Körper, befindet sich im Gleichgewicht wenn das
Hebelgesetz gilt, welches wir bereits aus der Mittelstufe kennen:
F1*r1=F2*r2
Last x Lastarm = Kraft x Kraftarm
Übertragen auf das Drehmoment bedeutet das für den Zustand des Stillstands:
M1=M2
Drehmoment1 = Drehmoment2

Kommt ein Winkel mit ins Spiel, so ergibt sich folgende Formel:
M=F*r*sinφ
Drehmoment = Kraft x Radius x Winkel zwischen Kraft und Radius
Die Angabe M soll für uns hier in der Zeichnung vernachlässigt werden.
Die Stunde endet mit einem kleinem Exkurs, welcher in das dritte Semester der Kursphase
vorausblickt, wo uns das Drehmoment in Form des Kreuzproduktes bei der Vektorrechnung wieder
begegnen wird. Das sieht dann folgendermaßen aus
M=r*F
M entspricht dem Kreuzprodukt