Big Bang 4, Schulbuch

106 44 Zentripetal- und Zentrifugalkraft Sehen wir uns die Zentrifugalkraft mit Hilfe einer ro- tierenden Scheibe an ( B 44.14 ). Stell dir vor, auf dieser dreht sich eine Kugel mit, die an einer Feder montiert ist. Wenn du außen stehst ( a ), siehst du die Sache so: „Die Kugel beschreibt eine Kreisbahn. Dazu ist eine Zentripetalkraft notwendig.“ Diese Sichtweise kennst du schon aus dem vorigen Kapitel. Jetzt kommt’s aber! Kräfte für einen ruhenden und rotierenden Beobachter; Gravitationskraft und Bodenreaktionskraft sind nicht eingezeichnet. Wenn du mitrotierst ( b ), sieht die Sache nämlich an- ders aus. Die Kugel ruht an der gespannten Feder vor dir. Daher musst du so argumentieren: „Die Feder ist gespannt und zieht die Kugel nach innen. Um diese Kraft auszugleichen, muss es eine zweite Kraft geben, die die Kugel nach außen zieht.“ Diese Kraft nennt man Zentrifugalkraft ( F ZF ). Salopp übersetzt bedeutet das „vom Zentrum wegzeigende Kraft“. Ansichtssache Sehen wir uns die Kräfte bei einem Motorradfahrer in der Kurve an. In B 44.15 sind alle wirkenden Kräfte blau eingezeichnet, und zwar so, dass die Pfeile beim Körperschwerpunkt beginnen. Von außen beobachtet ( a ) wirken auf den Fahrer Gewichtskraft und Reakti- onskraft vom Boden. In Summe ergeben sie die Zentri- petalkraft . Weil sie keine zusätzliche Kraft ist, ist sie rot eingezeichnet. Aus der Sicht des Fahrers oder eines ebenfalls um die Kurve fahrenden Beobachters ( b ) treten drei Kräfte auf, die einander in Summe auf- heben. Ganz schön kompliziert, oder? Kräfte auf einen Motorradfahrer von außen und von „innen“ gesehen B 44.14 B 44.15 Die Zentrifugalkraft existiert also nur für einen rotieren- den Beobachter , für einen ruhenden ist sie nicht vor- handen ( 1 Info: Ansichts- sache )! Man nennt sie daher auch eine Scheinkraft . Da- mit meint man allgemein Kräfte, die je nach Betrach- tungsweise – Beobachter steht außen oder rotiert mit – auftreten oder nicht. Da- mit meint man aber nicht , dass sie gar nicht existieren. Schließlich kannst du sie bei einer Rotation tatsächlich spüren. Aber was spürst du da eigentlich ( A9 )? Um das zu verstehen, gehen wir noch einmal einen Schritt zur Gravita- tionskraft zurück. Wenn du im freien Fall bist, etwa auf einem Freefalltower ( B 44.16 ), wirkt auf dich nur die Gravitationskraft und du fühlst dich schwerelos – das macht ja den Reiz aus. Wenn du aber zum Beispiel am Boden stehst ( B 44.10 b, S. 105 ), spürst du die Schwerkraft. Warum? Weil dann Gravitationskraft und Reaktionskraft gemeinsam wirken . Dadurch wird dein Körper etwas zusammengestaucht, und das empfin- dest du als dein Gewicht. Bei Kurven und Rotationen ist es ähnlich. Was du spürst, ist nicht die Zentrifugalkraft alleine, sondern der Doppelpack aus Zentrifugalkraft und Zentripetal- kraft , der deinen Körper zusammenstaucht. Auf diese Weise kann man zum Beispiel auch künstliche Gravitation erzeugen ( A10; B 44.17 ). Dazu muss sich der Ring in der Raumstation im richti- gen Tempo drehen. Die künstliche Gravitations- kraft entspricht dann der Zentrifugalkraft, und die Reaktionskraft ist die Zentripetalkraft. Die Zentrifugalkraft tritt nur auf, wenn man selber mitrotiert oder eine Kurve macht. Deshalb nennt man sie eine Scheinkraft . Was du in einer Kurve spürst, ist das Doppelpack aus F ZP und F ZF . Gleich fällt der Ring! B 44.16 B 44.17 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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