Zentripetal- und Zentrifugalkraft auf einer Scheibe?
Hi, ich stelle mir vor eine Masse liegt am Rand eines sich um die Achse drehenden Kreises. Auf die Masse wirkt doch jetzt die Zentrifugal und die Zentripetalkraft. Sind diese gleich groß? Wenn ich die Bahngeschwindigkeit bzw. die Winkelgeschwindigkeit erhöhe fliegt die Masse ja iwann von der Bahn? Liegt das daran dass die Zentrifugalkraft nun größer ist???? Und spielt das Gewicht der Masse eine Rolle?
5 Antworten
Vermutlich ist ein "Gewichts"stein gemeint, der auf einer horizontalen rotierenden Scheibe steht.
In diesem Fall wird der Körper durch die Haftreibungskraft daran gehindert, schon bei der kleinsten Drehung ab der Scheibe zu fallen. Die Haftreibungskraft ist also die Zentripetalkraft, welche den Körper auf der Kreisbahn hält.
Von nun an kommt es eben auf den Ort des Betrachters an (Inertialsystem: aussen; beschleunigtes System: Betrachter dreht auf der Scheibe mit).
Je schneller die Scheibe dreht, desto grösser wird die Zentripetalkraft (und für den mitdrehenden Betrachter auch die Zentrifugalkraft). Die Haftreibungskraft ist von der Normalkraft ("Auflagekraft"), also auch von der Masse des Körpers abhängig. Irgendwann ist die Haftreibungskraft nicht mehr in der Lage, die Zetripetalkraft zu "spielen", die Zentripetalkraft fällt schlagartig weg (bzw. wird noch einen Moment durch die kleinere Gleitreibungskraft "bekämpft"), das Abgleiten kann aber nicht mehr verhindert werden.
Für den aussenstehenden Beobachter wirkt damit keine "Rotations"kraft mehr und der Körper fliegt tangential aus der Kreisbahn weg (im Gravitationsfeld natürlich nach unten).
Ob von einer Zenrifugalkraft oder einer Zentripedalkraft die Rede ist, hängt davon ob, wo sich der Beobachter befindet.
Betrachtet er die Scheibe von außen in einem ruhendem Bezugssystem, sieht er ein Objekt, daß durch eine Zentripedalkraft auf eine Kreisbahn gezwungen wird.
Sitzt der Beobachter aber mit dem Objekt auf der Scheibe drauf, und bewegt sich mit diesem zusammen, dann misst er eine Zentrifugalkraft, die das Objekt scheinbar nach außen bewegen möchte.
Vegleichen beide Beobachter hinterher die gemessenen Beträge der jeweiligen Kräfte, werden sie feststellen, daß sie gleichgroß sind.
Das Gewicht spielt keine Rolle dabei - aber die Masse. Die Kraft ist proportional zu dieser.
Masse und Gewicht sind zwei verschiedene physikalische Größen!
Welche Kräfte in einem (beschleunigten) Bezugssystem wirken, hängt vom Bezugssystem ab.
In einem Inertialsystem wirkt die Zentripetalkraft und die Zentrifugalkraft existiert nicht.
In einem sich mitdrehenden System wirkt die Zentrifugalkraft auf alle Körper nd die Zentripetalkraft hält ihr die Waage, damit die Masse am selben Punkt des Bezugssystems bleibt.
Du weißt doch, wie die Zentrifugalkraft von der Drehzahl abhängt, oder?
Meinst du mit Gewicht der Masse ihre Größe? Dann wäre interessant zu wissen, wovon die Zentripetalkraft aufgebracht wird - von der Reibung z. B.
Bleibt die Masse auf ihrer Kreisbahn, sind Zentrifugalkraft und Zentripetalkraft gleich groß. Bewegt sich die "Masse" nach außen von ihrer Kreisbahn weg, ist die Zentrifugalkraft größer als die Zentripetalkraft. Ob sich die "Masse" von ihrer Kreisbahn entfernt, hängt von cer Kraft ab, die sie sonst an ihrer Position hält.
Die Zentrifugalkraft ist eine Scheinkraft, sie ist betragsmäßig immer gleich zur Zentripetalkraft, jedoch genau in die entgegengesezte Richtung orientiert.
Bei langsamen Geschwindigkeiten einer rotierenden Scheibe im realen Leben bleibt der Testkörper auf der Scheibe, da ihn seine Haftreibung an einer Bewegung hindert.