Physik verstehen 4, Schulbuch

35 Gekrümmte Wege auf der Erde und im Weltall 3. Wovon hängt die Größe der Zentripetalkraft ab? Der kreisende Wasserkübel (Abb. 35.1)  E1, E2, E4 Fülle einen Kübel zu einem Viertel voll mit Wasser. Achte auf ausreichenden Sicherheitsabstand zu Mitschülerinnen und Mitschülern sowie Möbeln. Schwinge den Wasserkübel mit verschiedenen Geschwindigkeiten im Kreis. Spürst du einen Unterschied? Wiederhole den Versuch mit dem halbvollen Wasserkübel. Was kannst du nun erkennen? Welchen Unterschied spürst du jetzt? Je größer die Geschwindigkeit des Wasserkübels ist, desto mehr Kraft (Zentri­ petalkraft) musst du aufwenden. Wenn doppelt so viel Wasser im Kübel ist, muss auch die erforderliche Kraft verdoppelt werden, um den Kübel auf der Kreisbahn zu bewegen. Ähnlich sind die Vorgänge beim Ringelspiel (Abb. 35.2). Je schneller die Drehung erfolgt, desto stärker drängt die Person mit dem Sessel nach außen. Die Ketten- spannkraft und die Gewichtskraft bilden eine sogenannte „resultierende Kraft“, die Zentripetalkraft. Sie wirkt nach innen zum Mittelpunkt des Ringelspiels. Um den Finger gewickelt (Abb. 35.4)  E1, E2 Befestige zB einen Radiergummi an einem etwa 50–70 cm langen Faden. Bringe durch eine schnelle Bewegung des Fingers den Faden dazu, dass er sich um den Finger wickelt. Beachte die zunehmende Zugkraft, die du dabei verspürst. Was kannst du erkennen? Je öfter sich der Faden bei V3 um den Finger wickelt, desto stärker wird die Schnur gespannt. Durch das Aufwickeln des Fadens wird der Bahnradius des Radiergummis immer kleiner. Die Bahngeschwindigkeit aber bleibt gleich. Das bedeutet, dass die Zentripetalkraft immer größer wird. Das Gleiche geschieht beim Fahren in einer immer enger werdenden Kurve bei gleicher Geschwindigkeit. V2 zB o ener Kübel, gefüllt mit Wasser 35.1 Der kreisende Wasserkübel Bei einem kreisenden Körper ist die Zentripetalkraft umso größer, je größer die Masse und die Geschwindigkeit auf der Kreisbahn sind. M Ketten- spannkraft Gewichtskraft Zentripetal- kraft 35.2 Kräfteverteilung beim Ringelspiel: Die Gewichtskraft und die Kettenspannkraft addieren sich zur Zentripetalkraft. V3 zB Radiergummi Faden ca. 50−70 cm 35.4 Um den Finger gewickelt Die Zentripetalkraft F Z ist umso größer , je kleiner der Bahnradius r bei gleicher Bahngeschwindigkeit v ist. F Z = ​  m · v 2  ____ r  ​ M 35.5 Achterbahn 35.6 Die Schleuderzahl der Waschmaschine beträgt bis zu 1 600 Umdrehungen/Minute. 35.3 Ringelspiel Arbeitsblätter c5st7b Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv