Zentripetal-/Zentrifugalkraft
Eine Kraft nach innen hält den Körper auf der Bahn — die nach außen gerichtete kommt von seiner Trägheit.
Die beiden Kräfte im Bild
Bisher haben wir die Kreisbewegung nur beschrieben — jetzt fragen wir nach ihrer Ursache.
- Geschwindigkeit:Sie zeigt in jedem Bahnpunkt tangential, also längs der Bahn, nie zum Mittelpunkt.
- Kraft nach innen:Die Zentripetalkraft zieht zum Mittelpunkt und krümmt die Bahn ständig zum Kreis.
- Ohne Kraft kein Kreis:Fällt sie weg, bewegt sich der Körper geradlinig weiter — in Richtung seiner Geschwindigkeit.
- Trägheit:Die nach außen gerichtete Zentrifugalkraft beschreibt genau diesen Widerstand gegen die ständige Richtungsänderung.
Die Geschwindigkeit zeigt immer tangential, also entlang der Bahn. Die beiden Kräfte liegen auf der Verbindungslinie zum Mittelpunkt — die eine nach innen, die andere nach außen.
Sie ist die bei einer Drehbewegung wirkende, nach innen gerichtete Kraft — ohne sie gibt es keine Kreisbahn.
Sie wird durch die Trägheit des Körpers verursacht und heißt deshalb auch Fliehkraft.
Zentripetalkraft in Newton (N), zum Mittelpunkt gerichtet.
Zentrifugalkraft in Newton (N), vom Mittelpunkt weg gerichtet.
Gemeinsamer Betrag beider Kräfte in Newton (N); damit wird gerechnet.
Was passiert, wenn das Seil reißt?
Der Körper wird an einem Seil im Kreis geführt — im Uhrzeigersinn. Solange das Seil hält, zieht es ihn nach innen. Nach dem Durchtrennen des Seils zeigt sich, in welche Richtung der Körper weiterfliegt.
Der Körper fliegt nach dem Durchtrennen tangential weiter — nicht nach außen weg vom Mittelpunkt. Genau das ist mit „Trägheit“ gemeint.
Zum Mitnehmen: Ohne Zentripetalkraft gibt es keine Kreisbahn. Fällt sie weg, bewegt sich der Körper geradlinig in Richtung seiner Geschwindigkeit weiter — tangential, nicht radial nach außen.
Hinweise
Drei Stellen, an denen es hier oft klemmt:
Die Fliehkraft drückt nichts nach außen
Von außen betrachtet wirkt nur die Zentripetalkraft nach innen. Das Gefühl, in der Kurve nach außen gedrückt zu werden, ist die Trägheit.
Nach dem Loslassen: tangential
Der Körper fliegt in Richtung seiner Geschwindigkeit weiter, nicht radial vom Mittelpunkt weg. Zeichne den Pfeil deshalb längs der Bahn.
Minuszeichen meint Richtung
\(\vec{F}_{ZP} = -\,\vec{F}_{ZF}\) sagt nur: entgegengesetzt. Die Beträge sind gleich, deshalb genügt beim Rechnen ein Symbol \(F_Z\).