99 53 Zentralkräfte führen zur Kreisbewegung Max hat einen weichen Ball an eine Schnur gebunden und dreht ihn im Kreis (Abb. 53.1). Sofia schaut zu. Sie denkt darüber nach, was passieren würde, wenn Max die Schnur loslässt. In welche Richtung wird der Ball fliegen? Max meint, dass der Ball in Richtung A wegfliegt. Er spürt ja den Zug der Schnur nach außen, die Fliehkraft. Sofia denkt, dass der Ball in Richtung B wegfliegt. Wer vermutet richtig? Versuch: Führe den Versuch durch und beobachte den wegfliegenden Ball. Du wirst feststellen, dass Sofia richtig vermutet hat. Max ist etwas enttäuscht, da er meinte, die Fliehkraft müsste nach außen wirken. Sofia erklärt ihm, dass es die Fliehkraft nicht sein kann, es ist die Trägheit. Der Ball fliegt in der Richtung weiter, in der er sich vor dem Loslassen bewegt hat. Max will wissen, was an seiner Hand gezogen hat. Sofia erklärt ihm, dass es die Zentripetalkraft (centripetal force) war. Sie ist jene Kraft, die den Ball auf der Kreisbahn hält. Die Zentripetalkraft wirkt immer zum Zentrum hin. In der Hand hat Max die Gegenkraft zur Zentripetalkraft gespürt. Die Zentripetalkraft ist jene Kraft, die einen Körper auf einer Kreisbahn hält. Versuch: Einige Schülerinnen und Schüler sitzen im Kreis, z. B. entlang des Mittelkreises auf einem Sportplatz. Vor ihnen fährt ein batteriebetriebenes Spielzeugauto, dessen Räder für die Geradeausfahrt eingestellt sind. Sie müssen versuchen, das Auto entlang der Kreislinie fahren zu lassen. Dabei dürfen sie das Auto nur anstoßen (Abb. 53.2). In welche Richtung muss das Auto gestoßen werden? Die Schülerinnen und Schüler werden bald erkennen, dass sie es in Richtung zum Zentrum stoßen müssen. Versuch: Lege auf das Spielzeugauto jetzt eine größere Masse und wiederhole das Experiment. Welche Veränderungen des Experiments kannst du dir noch vorstellen? Man kann den Betrag der Geschwindigkeit des Fahrzeugs vergrößern oder verkleinern, aber auch den Radius der Kreisbahn. Was kannst du jeweils beobachten? Du wirst feststellen, dass du stärker stoßen musst, wenn das Auto schneller fährt, ebenso wenn es schwerer ist und wenn der Bahnradius kleiner ist. Wenn das Auto langsamer und leichter ist und der Kurvenradius größer ist, wirst du weniger Kraft benötigen. Deine Stöße sind immer zum Mittelpunkt der Kreisbahn gerichtet. Die Kraft, mit der du stoßen musst, ist die notwendige Zentripetalkraft. Die Zentripetalkraft ist immer zum Bahnmittelpunkt gerichtet. Sie wird größer wenn die Geschwindigkeit und die Masse des bewegten Körpers größer werden und der Bahnradius kleiner wird. Das muss man beim Befahren von Kurven immer berücksichtigen. Wenn die Zentripetalkraft nicht mehr wirken kann, so „fliegt“ man tangential aus der Kurve (Abb. 53.3). Warum sollte man auf der Innenspur einer Rennbahn langsamer fahren? A B 53.1 Max dreht einen Ball an einer Schnur im Kreis. (A und B bezeichnen die Vermutungen von Max und Sofia.) 53.2 Kinder im Kreis um das Spielzeugauto 53.3 Beide Rennautos fahren mit gleicher Geschwindigkeit in die Kurve ein. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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