Die Kreisbewegung ist neben der geradlinigen (linearen) Bewegung und der harmonischen Schwingung eine der wichtigsten Bewegungstypen. Unsere Gestirne bewegen sich annähernd auf Kreisbahnen, die meisten unserer Fortbewegungsmittel beruhen auf der Rotation von Rädern, bei sehr vielen Geräten im Haushalt, bei Werkzeugmaschinen usw. spielt die Kreisbewegung eine wichtige Rolle.
Charakterisierung der gleichförmigen Kreisbewegung
In der Animation in Abb. 1 kannst du einen Körper beobachten, der sich in einer gleichförmigen Kreisbewegung befindet.
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Zum einen bewegt sich der Körper auf einer Kreisbahn - sein Abstand zum Mittelpunkt der Bahn - der dir bekannte Kreisradius - bleibt während der gesamten Bewegung konstant.
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Zum anderen legt der Körper auf seiner Bahn in gleichlangen Zeitspannen gleichlange Strecken zurück. Bei den linearen Bewegungen hatten wir bei diesem Verhalten von einer gleichförmigen Bewegung gesprochen. Aus diesem Grund sprechen wir hier von einer gleichförmigen Kreisbewegung.
Mit dieser gleichförmigen Kreisbewegung wollen wir uns im Folgenden intensiver beschäftigen.
Achtung: Während seiner Bewegung auf der Kreisbahn ändert der Körper ständig seine Bewegungsrichtung: Mal bewegt er sich nach rechts, mal nach unten, mal nach links und mal nach oben. Dieses Verhalten war bei den linearen Bewegungen ein Kennzeichen für eine beschleunigte Bewegung. Aus diesem Grund handelt es sich bei der gleichförmigen Kreisbewegung auch nicht um eine echte gleichförmige, sondern um eine beschleunigte Bewegung (siehe Zentripetalbeschleunigung)
Die beiden folgenden Bewegungen sind zwar keine gleichförmigen Kreisbewegungen, wir werden sie aber dennoch mit Hilfe der gleichförmigen Kreisbewegung behandeln können.
Ellipsenbewegung
In der Animation in Abb. 2 kannst du einen Körper beobachten, der sich auf einer Ellipsenbahn bewegt. Zwar legt der Körper in gleich langen Zeitspannen (fast) gleichlange Strecken zurück. Wenn du dir aber die Spur des Körpers anzeigen lässt, kannst du gut erkennen, dass sich der Abstand des Körpers zum Mittelpunkt der Ellipse ständig ändert.
Im Weltall bewegen sich fast alle Himmelskörper auf solchen Ellipsenbahnen. Da jede Ellipsenbahn für kurze Zeitspannen sehr gut durch eine Kreisbahn angenähert werden kann, kann man viele Ergebnisse für die gleichförmige Kreisbewegung auf die Bewegung auf einer Ellipsenbahn übertragen.
Ungleichförmige Kreisbewegung
In der Animation in Abb. 3 kannst du einen Körper beobachten, der sich wieder auf einer Kreisbahn bewegt. Wenn du dir aber die Spur des Körpers anzeigen lässt, kannst du gut erkennen, dass der Körper in gleichlangen Zeitspannen nicht gleichlange Strecken zurücklegt. Es handelt sich deshalb nicht um eine gleichförmige, sondern um eine ungleichförmige Kreisbewegung.
In Freizeitparks oder auf Volksfesten bewegst du dich bei vielen Attraktionen auf solchen ungleichförmigen Kreisbewegungen. Die langsame Bewegung am höchsten Punkt der Bahn ermöglicht einen guten Ausblick über das Gelände, die schnelle Bewegung am tiefsten Punkt der Bahn sorgt für den gewünschten Nervenkitzel. Da jede ungleichförmige Kreisbewegung für kurze Zeitspannen sehr gut durch eine gleichförmige Kreisbewegung angenähert werden kann, kann man viele Ergebnisse für die gleichförmige Kreisbewegung auf die ungleichförmige Kreisbewegung übertragen.
Verständnisaufgabe
Aufgabe
Wähle aus, welche der folgenden Bewegungsarten beschleunigt sind/ist.