PDF, 2,54 MB - Fachhochschule Düsseldorf

Mechanik - Zentripetalkraft – Zentrifugalkraft
Material
Schnur, Gewichtstück
Durchführung
Das Gewichtstück wird an einem Ende der Schnur befestigt. Das andere Ende wird nun
festgehalten und das Gewichtstück wird auf einer Kreisbahn gleichmäßig bewegt.
Beobachtung
Wird das Ende der Schnur plötzlich losgelassen, fliegt das Gewichtstück tangential weg.
Achtung!!
Erklärung
Die Bewegung eines Massenpunktes auf einem Kreis mit konstanter Bahngeschwindigkeit
kann betrachtet werden als Bahnbewegung mit konstanter Geschwindigkeit v=const., die
jedoch ständig ihre Richtung ändert; oder als Gleichförmige Bewegung um einen
Mittelpunkt mit konstanter Winkelgeschwindigkeit �. Sei r der Radius des Kreises, dann gilt
die Beziehung v=� r . Nun bewegt man das Gewichtstück wie oben angegeben. Nach dem
Newtonschen Trägheitsprinzip sollte das Gewichtstück stets in Tangentialrichtung
davonfliegen; die Zugkraft des Fadens zwingt es aber auf die Kreisbahn. Dadurch kommt
es zur ständigen Änderung der Richtung der Geschwindigkeit. Die zum Mittelpunkt
gerichtete Kraft nennt man Zentripetalkraft. Solange auf einen rotierenden Körper eine
Zentripetalkraft wirkt, äußert sich seine Trägheit in Form einer vom Zentrum aus radial nach
außen wirkenden Kraft, der Zentrifugalkraft (Fliehkraft). Die Fliehkraft ist eine passive Kraft,
die keine Bewegung erzeugen, jedoch eine Bewegung verhindern kann. Gibt es keine
Zentripetalkraft mehr, das heißt, wird der Faden losgelassen oder reißt die Schnur, so
existiert nach dem Newtonschen Axiom actio = reactio auch keine Zentrifugalkraft mehr.
Die Richtung der Geschwindigkeit wird nicht mehr verändert. Das Gewichtstück fliegt
tangential davon.
Bemerkung
Denselben Effekt kann man bei Verwendung eines Winkelschleifers (Flex) beobachten. Die
glühenden Teilchen fliegen vom Auflagepunkt des Metalls an der Trennscheibe ebenfalls
tangential weg.
Anke Verena Gradwohl, Physikalische Freihandexperimente zur Punktmechanik, Diplomarbeit an der
Naturwissenschaftlichen Fakultät, Karl-Franzens-Universität Graz, Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Gernot
Pottlacher, Institut für Experimentalphysik, Karl-Franzens-Universität Graz, 2005.
http://portal.tugraz.at/portal/page/portal/Files/i5110/files/Forschung/Thermophysik/DA-Anke_Gradwohl.pdf
FH Düsseldorf 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik/
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