Gollenz Physik 4, Schulbuch

53 Zentralkräfte führen zur Kreisbewegung 99 53 ZENTRaLKRÄfTE fÜhREN ZUR KRE I SBEWEgUNg Kathi hat einen weichen Baøø an eine Schnur gebunden und dreht ihn im Kreis (Abb. 53.1). Fritz schaut zu. Er denkt darüber nach, was passie- ren würde, wenn Kathi die Schnur øosøässt. In weøche Richtung wird der Baøø føiegen? Kathi meint, dass der Baøø in Richtung A wegføiegt. Sie spürt ja den Zug der Schnur nach außen. Fritz denkt, dass der Baøø in Richtung B wegføiegt. Wer hat Recht? Führe den Versuch durch und beobachte den wegføiegenden Baøø! Du wirst feststeøøen, dass Fritz richtig vermutet hat. Kathi ist etwas enttäuscht, da sie meinte, die Føiehkraft müsste nach außen wirken. Fritz erkøärt ihr, dass es die Føiehkraft nicht sein kann, es ist die Träg- heit. Der Baøø føiegt in der Richtung weiter, in der er sich vor dem Losøassen bewegt hat. Kathi wiøø wissen, was an ihrer Hand gezogen hat. Fritz erkøärt ihr, dass es die Zentripetaøkraft (centripetaø force) war. Sie ist jene Kraft, die den Baøø auf der Kreisbahn häøt. Die Zentripetaø- kraft wirkt immer zum Zentrum hin. In der Hand spürt Kathi die Ge- genkraft zur Zentripetaøkraft. Die Zentripetaøkraft ist jene Kraft, die einen Körper auf einer Kreisbahn häøt. Einige Schüøerinnen und Schüøer sitzen im Kreis, z.B. entøang des Mit- teøkreises auf einem Sportpøatz. Vor ihnen fährt ein batteriebetriebe- nes Spieøzeugauto, dessen Räder für die Geradeausfahrt eingesteøøt sind. Sie müssen versuchen, das Auto entøang der Kreisøinie fahren zu øassen. Dabei dürfen sie das Auto nur anstoßen (Abb. 53.2). In weøche Richtung muss das Auto gestoßen werden? Die Schüøerin- nen und Schüøer werden baød erkennen, dass sie es in Richtung Zent- rum stoßen müssen. Lege auf das Spieøzeugauto jetzt eine größere Masse und wiederhoøe das Experiment! Weøche Veränderungen des Experiments kannst du dir noch vorsteøøen? Man kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs verändern. Man kann aber auch den Radius der Kreisbahn vergrößern oder verkøeinern. Was kannst du jeweiøs beobachten? Du wirst feststeøøen, dass du stärker stoßen musst, wenn das Auto schneøøer fährt, ebenso wenn es schwerer ist und wenn der Bahn- radius køeiner ist. Wenn das Auto øangsamer und øeichter ist und der Kurvenradius größer ist, wirst du weniger Kraft benötigen. Deine Stöße sind immer zum Mitteøpunkt der Kreisbahn gerichtet. Die Kraft mit der du stoßen musst, ist die notwendige Zentripetaøkraft. Die Zentripetaøkraft ist immer zum Bahnmitteøpunkt gerichtet. Sie wird größer wenn die Geschwindigkeit und die Masse des bewegten Körpers größer werden und der Bahnradius køeiner wird. Das muss man beim Befahren von Kurven immer berücksichtigen. Wenn die Zentripetaøkraft nicht mehr wirken kann, so „føiegt“ man tangentiaø aus der Kurve (Abb. 53.3). V W V V I B W Warum muss man auf der Innenspur einer Rennbahn langsamer fahren? A B 53.1 Kathi dreht einen Baøø an einer Schnur im Kreis. 53.2 Kinder im Kreis um das Spieøzeug- auto 53.4 Kurvenfahrt bei nasser Fahrbahn und zu hoher Geschwindigkeit 53.3 Beide Rennautos fahren mit gøeicher Geschwindigkeit in die Kurve ein. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv