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Ausblick

Zentrifugalkraft

Beschreiben wir die Kreisbewegung eines Körpers vom Laborsystem aus (d.h. wir betrachten die Kreisbewegung von außen), so müssen wir von einer Zentripetalkraft auf den Körper ausgehen. Wäre diese zum Mittelpunkt der Kreisbewegung gerichtete Kraft nicht vorhanden, so würde der Körper nach dem Trägheitssatz in Tangentenrichtung wegfliegen.

Der Betrachter, der sich noch nicht sehr intensiv mit der Kreisbewegung auseinandergesetzt hat, wird bei der Frage nach den Kräften bei der Kreisbewegung zunächst von der nach außen gerichteten Zentrifugalkraft sprechen, die er schon bei Kurvenfahrten selbst empfunden hat. Dies ist für einen Beobachter richtig, der sich in einem beschleunigten (rotierenden) Bezugssystem befindet und alles was er darin beobachtet und misst auf dieses System bezieht. Der Autofahrer ist bei einer Kurvenfahrt in dem beschleunigten Bezugssystem Auto.

Stellen Sie sich ein kleines Männchen vor, das auf einer gleichförmig kreisenden Kugel sitzt. Es spürt, dass für die Ausführung der Kreisbewegung eine zum Mittelpunkt ziehende Zentripetalkraft wirkt, die am Hosenboden angreift. Wäre diese Kraft nicht, würde das Männchen von einer weiteren Kraft der Zentrifugalkraft (lat. fuga = Flucht) von der Kugel herunter nach außen gezogen. Zentrifugalkraft und Zentripetalkraft bewirken für das Männchen ein Kräftegleichgewicht, das es ihm ermöglicht ruhig auf der Kugel zu sitzen. Das Männchen empfindet also bei wachsender Winkelgeschwindigkeit oder wachsendem Abstand vom Mittelpunkt eine wachsende Zentrifugalkraft, die es durch stärkeres Festhalten auf der Unterlage auszugleichen gilt.

 

Merke: Zur Beschreibung der gleichförmigen Kreisbewegung benötigt

der Beobachter im Laborsystem
nur die Zentripetalkraft
der Beobachter im rotierenden System
die Zentripetalkraft und die Zentrifugalkraft

Zum prinzipiellen Unterschied zwischen dem beschleunigten und nicht beschleunigten Bezugssystem:

Die Zentrifugalkraft ist eine Kraft, die der Beschleunigung des Bezugssystems entgegengerichtet ist. Man bezeichnet sie als Trägheitskraft, sie ist im beschleunigten System direkt zu messen. Oft nennt man solche Trägheitskräfte auch Scheinkräfte, da sie im nicht beschleunigten System nicht erkennbar sind.

Das beschleunigte Bezugssystem birgt allerdings das Problem, dass die Newtonschen Gesetze nicht mehr uneingeschränkt gelten: Das 3. Gesetz von Newton besagt, dass zu jeder Kraft an einem Körper eine Gegenkraft an einem anderen Körper existieren muss. Dies ist für Scheinkräfte nicht erfüllt, sie haben keine "reactio". Auch die gleichförmige geradlinige Bewegung eines im Kräftegleichgewicht befindlichen Körpers ist in einem beschleunigten Bezugsystem nicht gegeben.

In nicht beschleunigten Bezugssystemen hingegen gelten alle Gesetze von Newton. Man nennt solche Systeme Inertialsysteme. (lat. inertia = Trägheit)

Erläuterung:
Ein Reisender, der in einem anfahrenden Zug sitzt, beobachtet, dass sich der Bahnhof in horizontaler Richtung beschleunigt bewegt, obwohl auf den Bahnhof keine Kraft in horizontaler Richtung wirkt und ein über ihm gleichförmig quer zur Bahnrichtung fliegender Vogel durchfliegt eine Kurvenbahn. Im beschleunigten Bezugssystem gilt also der Trägheitssatz nicht, wohl aber im Inertialsystem.

Technische Anwendungen bei denen die Zentrifugalkraft ausgenützt wird sind zum Beispiel Zentrifugen.