Big Bang Physik 6, Schulbuch

yu7v8t RG 6.1: Mechanik 2  11 Rotationen 17  Wenn bis jetzt von Bewegungen die Rede war, dann nur von geradlinigen. Solche nennt man Translationen . In diesem Kapitel geht es um Drehbewegungen, also um Rotationen . Du wirst hören, dass Katzen intuitiv eine ganze Menge von Physik verstehen und deshalb immer auf den Pfoten landen. Du wirst hören, wie man sich beim Eislaufen, Gerätturnen oder Turmspringen die Gesetze der Physik zunutze macht und warum Butterbrote fast immer auf der Butterseite landen. 17.1 Ein Pendel am Nordpol Drehwinkel und Drehgeschwindigkeit Die geradlinige Geschwindigkeit gibt man in m/s an. Aber wie gibt man an, wie schnell sich ein Gegenstand dreht? Darum geht es in diesem Abschnitt. Um die Drehgeschwindigkeit zu definieren, brauchen wir ein wenig Mathematik. Der Umfang eines Kreises ist 2 r π . Wenn man durch den Radius dividiert, bleiben immer 2 π über ( F1 ). Bei jedem Kreis! Ein voller Kreisumfang ent- spricht also einerseits 360° und andererseits 2 π . In der Physik gibt man daher den Winkel oft in soundsoviel π an. Das nennt man auch das Bogenmaß (siehe Abb. 17.2), das wir im Folgenden verwenden werden. Es hat den Vorteil, dass es sich hier um eine reine Zahl handelt, die SI-konform ist. Um vom Bogenmaß auf Grad zu kommen, musst du mit rund 57 (360°/2 π ) multiplizieren (genau sind es 57,296°). Diesen Wert nennt man auch einen Radianten . Um zu beschreiben, wie schnell sich ein Gegenstand dreht, gibt man den Drehwinkel pro Sekunde an. Das nennt man die Winkelgeschwindigkeit. 2 π pro Sekunde entspricht also einer ganzen Umdrehung pro Sekunde. Welche Zahl kommt immer raus, wenn du den Umfang eines beliebigen Kreises durch seinen Radius dividierst? Nimm an, dass die Erdgravita- tion plötzlich aufhört – das kann Gott sei dank nicht passieren! In welche Richtung würdest du dann wegfliegen? Und kannst du die Geschwin- digkeit abschätzen? Wie lange dauert eine ganze Erdumdrehung? Einen Tag lang? Warum versucht man, Weltraumraketen immer in der Nähe des Äquators zu starten? Warum sollten sie nach Osten starten? F1 W1  Abb. 17.1 F2 E2  F3 E2  Abb. 17.2:  oben die Angabe in Grad, unten in Radianten Formel: Winkelgeschwindigkeit w  = Δj / Δ t [ j ] = 1/s = s –1 ϕ … Drehwinkel „phi“ im Bogenmaß [ j ] = m/m = 1  Info: Mit der rechten Hand | -> S. 12 Es gibt aber noch eine zweite Möglichkeit, die Geschwindig- keit bei einer Drehung anzugeben. Erinnere dich: Wenn du mit einem Auto durch eine Kurve fährst, ohne vom Gas zu gehen, ändert sich trotzdem die Geschwindigkeit, weil sich der Vektor dreht (Kap. 3.1, „Big Bang 5“)! Dieser zeigt immer tangential zur Bahn, auf der du dich bewegst (Abb. 17.4). Deshalb nennt man diese Geschwindigkeit auch die Tangen- tialgeschwindigkeit . Formel: Tangentialgeschwindigkeit v = w r [ v ] = ms –1 w …Winkelgeschwindigkeit [ w ] = s –1 r … Abstand von der Drehachse [ r ] = m Wenn die Erdgravitation plötzlich weg wäre, würde keine Kraft mehr auf dich wirken. Ab diesem Zeitpunkt bleibt deine Geschwindigkeit unverändert, und du fliegst daher tangential weg ( F2 ). Das kann man auch sehr gut an den Funken bei einer Schleifscheibe sehen (Abb. 17.4, S. 12) oder wenn ein Auto in einer Kurve auf eine Eisplatte kommt (Abb. 17.3).  Info: Karussell Erde | -> S. 12 Die Tangentialgeschwindigkeit der Erde nutzt man bei Ra- ketenstarts aus, weil man somit schon eine Startgeschwin- digkeit hat, bevor man überhaupt abhebt. Das spart Treib- stoff. Man muss aber nach Osten fliegen! Wenn man nach Westen fliegt, startet man quasi mit einer negativen Ge- schwindigkeit. Je näher man am Äquator ist, desto größer ist natürlich der Effekt ( F3 ; Abb. 17.8, S. 12). Der Startplatz der NASA ist im Kennedy Space Center in Florida bei etwa 28°, die Raketen der ESA starten in Kourou in Französisch- Guyana bei etwa 5° (Abb. 17.5, S. 12). F F Abb. 17.3:  In der Kurve dreht sich der Geschwindigkeitsvektor und steht immer tangential zur Bewegungsbahn. Nur zu Prüfzwecken – Eige tum des Verlags öbv