Verständnis Zentrifugalkraft (Objekt auf Drehteller)

hever · Anmeldungsdatum: 19.02.2005 Beiträge: 17 Wohnort: Erkrath

Hallo zusammen,
ich stelle mir folgendes vor:

Ich habe einenen Drehteller auf dem ein Gegenstand liegt. Diesen Drehteller beschleunige ich nun. Die Haftreibung zwischen Gegenstand und Drehteller ist so gering, dass der Gegenstand vom Mittelpunkt weg beschleunigt wird und herunterfällt.

1. Welche Kraft ist dafür verantwortlich, dass der Gegenstand vom Drehteller fliegt? Die Zentrifugalkraft, kann es ja eigentlich nicht sein, weil es sich hierbei nur um eine Scheinkraft handelt (vielleicht verstehe ich Scheinkraft auch falsch). Die Zentripetalkraft kann es auch nicht sein, weil sie in entgegengesetzter Richtung wirkt. Da bleibt doch eigentlich nur noch eine Tangentiale Kraft über. Weiß jemand wie es wirklich ist ?

2. Angenommen er kann ohne Widerstand "weiterfliegen", welche Bahn würde er beschreiben, wie würde er "wegfliegen"? - Einfach als eine Gerade heraus aus dem Mittelpunkt, Tangential oder sogar Spiralförmig ? Wieso fliegt er so vom Drehteller ?

Vielen Dank im Vorraus
Philipp

Dr.Oleg · Anmeldungsdatum: 25.01.2005 Beiträge: 98 Wohnort: Dresden

Das ist das übliche Verständnisproblem mit der Zentrifugalkraft. Du hast es mit einem sich auf einer Kreisbahn bewegenden(rotierenden) Massepunkt(vereinfacht).

Der Grund für seine Bewegung ist die Zentripedalkraft. Die wirkt zwar, wie du schon gesagt hast, zum Kreismittelpunkt, aber da nach dem Wechselwirkungsgesetz dazu auch eine Gegenkraft existieren muss(in diesem Fall durch die Trägheit des Körpers erzeugt), wirkt gleichzeitig eine Kraft genau entgegengesetzt und wirft den Ball vom Teller.
Wenn er vom Teller fliegt, beschreibt er einfach, wie du gesagt hast, eine zum Tellerrand tangetiale Linie. Das liegt daran, dass seine Geschwindigkeit nur Tangential wirkt. In dem Moment, wo er die Reibung zum Teller verliert, fehlt die Zentripedalkraft und die daraus resultierende Beschleunigung zum Mittelpunkt der Kreisbahn. Damit fliegt er einfach gerade weg.

Ich möchte dich noch kurz berichtigen: Es gibt keine tangentiale Kraft, da es in diese Richtung keine Beschleunigung gibt, sondern nur eine konstante Geschwindigkeit.(Newton: Trägheitsgesetz; F=a*m). Was du unter einer Scheinkraft verstehst, verstehe ich jetzt nicht, vermute aber, dass du die Gegenkraft meinst.

hever · Anmeldungsdatum: 19.02.2005 Beiträge: 17 Wohnort: Erkrath

Vielen Dank erstmal für die Antwort, das hat mich schon ein Stück weitergebracht.

Die Gegenkraft der Zentripetalkraft ist die Zentrifugalkraft. Das 3. Newtonsche Axiom besagt doch F = -F. Demnach müssten Zentripetal- und Zentrifugalkraft im Betrag gleich sein.

Wenn Sie allerdings im Betrag gleich sind, wie kann dann die Zentrifugalkraft doch höher sein und den Massepunkt aus seiner Bahn werfen?

Theoretisch müsste die Kraft am Massepunkt durch F = -F doch ausgeglichen sein und der Ball dürfte sich nicht bewegen.

Danke im Vorraus
Philipp

Dr.Oleg · Anmeldungsdatum: 25.01.2005 Beiträge: 98 Wohnort: Dresden

Du solltest versuchen das Problem ohne das Wort Zentriefugalkraft zu lösen. Laut meinem Physiklehrer lässt sich die Zentrifugalkraft nicht so leicht definieren, es reicht die Zentripedalkraft.

Natürlich sind die beiden Kräfte betragsmäßig gleich, doch nur die Gegenkraft in diesem Fall kommt für deinen Fall zum tragen. Das ist als würdest du auf dem Boden stehen. Nur weil der Boden eine betragsmäßg gleich Gegenkraft zu deiner Gewichtskraft ausübt, schwebst du doch nicht über den Untergrund. Tanzen

Wenn eine Kraft wirkt, exisitiert automatisch eine Gegenkraft. Nach deiner Argumentation würde sich auf der Welt nichts mehr beschleunigt werden können, weil die Gegenkraft automatisch jede Krat aufhebt - dass besagt das 3.New.Axiom nicht!

Mister S · Anmeldungsdatum: 06.01.2005 Beiträge: 426

Der Witz ist, dass die Zentrifugalkraft überhaupt nicht für das runterfallen verantwortlich ist. Wenn du mal das Experiment machst, wirst du feststellen, dass der Gegenstand tangential von der Scheibe fliegt. Dafür kann eine radial nach außen wirkende Kraft nicht verantwortlich sein. Der Grund, warum der Gegenstand runterfällt ist, dass die Zentripetalkraft auch irgendwie auf den Gegenstand übertragen werden muss. Das geht nur über Reibung. Reicht die Reibungskraft nicht aus, kann sich die Masse nicht im Kreis bewegen und behält Richtung und Geschwindigkeit bei, d. h. sie fliegt tangential weiter.

hever · Anmeldungsdatum: 19.02.2005 Beiträge: 17 Wohnort: Erkrath

Mister S:
Sehr gut, dann ist das so wie ich es mir vorgestellt habe:

Dr.Oleg · Anmeldungsdatum: 25.01.2005 Beiträge: 98 Wohnort: Dresden

@Haftreibung: Das habe ich übrigens schon in meinem ersten Beitrag erwähnt("In dem Moment, wo er die Reibung zum Teller verliert...")

Das mit dem 3.Axiom stelle ich mir immer so vor: Es existiert zu jeder Kraft eine Gegenkraft. Aber eine Kraft kann manchmal nicht sichtbar oder nur schwach wirken. Doch würde die eine Kraft nicht existieren, könnte die andere nicht wirken.
Gedankenexperiement: Du springst. Deine Beine üben eine Kraft auf den Boden aus, doch weil die Kraft nicht ausreicht um ihn zu durchbrechen, wirkt diese Kraft nicht sichtbar(sie dellt in Wirklickeit den Boden kurz ein). Doch die Gegenkraft befördert dich nach oben. Du springst.

hever · Anmeldungsdatum: 19.02.2005 Beiträge: 17 Wohnort: Erkrath

Dr.Oleg · Anmeldungsdatum: 25.01.2005 Beiträge: 98 Wohnort: Dresden

Du darfst nicht davon ausgehen, dass sie sich aufheben. Wenn es die eine nicht gäbe, könnte die andere nicht wirken. Wenn deine Faust auf keinen Widerstand stößt, dann wirkt deine Kraft auch nicht, bzw. existiert nicht. Das ist der Unterschied zwischen Luftboxen und Boxen gegen eine Granitwand.

hever · Anmeldungsdatum: 19.02.2005 Beiträge: 17 Wohnort: Erkrath

Mister S · Anmeldungsdatum: 06.01.2005 Beiträge: 426

Also, die Actio wirkt , wenn man den Gegenstand mal an einem Seil fest bindet und das ganze in Rotation versetzt, am Gegenstand. Der übt deshalb eine Reactio aus, die wirkt dann am Mittelpunkt. Deswegen können die sich nicht ausgleichen.

Dr.Oleg · Anmeldungsdatum: 25.01.2005 Beiträge: 98 Wohnort: Dresden

@hever: Ich weiß leider nicht, was man als Kräftegleichgewicht versteht, vielleicht solltest du mir das einmal genauer erklären.
Für mich ist ein Kräftegleichgewicht der Fall, dass alle angreifenden Kräfte und Drehmomente an einem Körper in der Summe 0 ergeben.
Ich versuche es mal mit diesem Beispiel: Über eine Rolle ist ein Seil gelegt. Auf jeder Seite des Seiles hängt am Ende ein Gewicht. Mit welcher Kraft wird das Seil auseinander gezogen? Mit F=(m1+m2)*g? Nein! Nur mit F=m1*g. Warum? Weil nur ein Gewicht am Seil zieht. Das andere muss die Gegenkraft aufbringen, damit es überhaupt zu einer Gegenkraft kommt. Ohne das andere Gewicht würde das erste einfach runterfallen und gar keine Kraft auf den Faden ausüben. (Bevor du fragst...gehe von m1=m2 aus, sonst kriegst du eine Etwoodsche Fallmaschine(sicherlich falsch geschrieben) und an bei der das Beispiel auf funktioniert, die aber glaube ich, nachdem ich deine bisherigen Fragen gelesen habe, zu kompliziert für die wäre)
Es herrscht zwar der Fall eines Kräftegleichgewichtes(so wie ich es kenne), aber trotzdem zieht eine Kraft an dem Seil und es kann zu einer sichtbaren Veränderung kommen(Reißen, Dehnen).

Gast

etzwane · Anmeldungsdatum: 23.12.2004 Beiträge: 90 Wohnort: Hude

Dr.Oleg · Anmeldungsdatum: 25.01.2005 Beiträge: 98 Wohnort: Dresden

Wenn sich die Kräfte ausgleichen(Kräftegleichgewicht) bedeutet das(siehe Trägheitsgesetz) nur, dass keine Beschleunigung stattfindet. Trotzdem wirken die Kräfte.
Bei dem Beispiel mit dem Seil gilt: Ein Gewicht erzeugt die Actio das andere die Reactio. Beim Berechnen musst du eine von beiden Kräften als Actio definieren und nur im Hinterkopf behalten, dass die andere die Reactio ist, die als Gegenkraft überhaupt ein Ziehen am Seil möglich macht. Du kommst egal auf welcher Seite du die Kraft berechnest auf dasselbe, auch wenn du von einer Etwoodschen(wieder falsch geschrieben) Fallmaschine ausgehst.

hever · Anmeldungsdatum: 19.02.2005 Beiträge: 17 Wohnort: Erkrath

Dr.Oleg:

Dr.Oleg · Anmeldungsdatum: 25.01.2005 Beiträge: 98 Wohnort: Dresden

hever · Anmeldungsdatum: 19.02.2005 Beiträge: 17 Wohnort: Erkrath

Dr.Oleg · Anmeldungsdatum: 25.01.2005 Beiträge: 98 Wohnort: Dresden

Es stimmt. Nur die resultierende Kraft ist gleich 0. Aber trotzdem wirken die Kräfte noch in dem Körper, soweit er kein Massepunkt ist.

etzwane · Anmeldungsdatum: 23.12.2004 Beiträge: 90 Wohnort: Hude

@hever:

Du musst hier unterscheiden zwischen inneren und äußeren Kräften.

Vereinfacht gesagt:
Die äußeren Kräfte versuchen den Körper bzw. das System in seiner Lage zu verändern, während die inneren Kräfte den Körper bzw. das System in seiner Form zu verändern suchen.

Bei dem Seil sind die äußeren Kräfte im Gleichgewicht, die Lage verändert sich also nicht.
Innerhalb des Seiles ist eine Zugkraft wirksam (hervorgerufen durch die beiden Massen an den Enden, die das Seil auseinander zu ziehen versuchen), bis auf eine Längenzunahme aber nicht nach außen wirksam wird, außer das Seil reißt tatsächlich.

hever · Anmeldungsdatum: 19.02.2005 Beiträge: 17 Wohnort: Erkrath

Dr.Oleg · Anmeldungsdatum: 25.01.2005 Beiträge: 98 Wohnort: Dresden

Es wirkt tangential keine Kraft, weil, wie du selbst sagst, nur eine Geschwindigkeit und keine Beschleunigung in tangentiale Richtung existiert. WENN eine BESCHLEUNIGUNG vorliegt, dann MUSS eine Kraft angreifen. WENN aber eine KONSTANTE GESCHWINDIGKEIT vorhanden ist, dann herrscht ein Kräftegleichgewicht. Der Ball rutscht mit einer konstanten, tangential zur Kreisbahn verlaufenden Geschwindigkeit(wasn Deutsch!)vom Teller, weil die ZENTRIPEDALKRAFT durch die fehlende Reibung nicht mehr wirken kann, damit auch die Gegenkraft(verzichte lieber vollständig auf das Wort Zentrifugalkraft) nicht mehr exisitert. Es wirkt keine Kraft mehr auf den Körper und er bewegt sich einfach in die Richtung, in die er bereits eine Geschwindigkeit hat, weiter. Die Rotation auf einer Kreisbahn besteht aus einer beschleunigten Bewegung zum Drehmittelpunkt und einer Bewegung mit konstanter Geschwindikeit in tangentiale Richtung.

Alle diese Fakten wurden mindestens schon 2-3 mal in den Antworten an dich erwähnt. Vielleicht solltest du dir noch einmal in Ruhe die Beiträge in diesem Thread durchlesen... Augenzwinkern

KPM' · Gast

Hallo erstmal.

Also zu These 1:
ein Drehteller wird beschleunigt, und auf ihm ist ein Gegenstand.

http://www.evert.de/eft293.jpg
Der sogenannte "Schleudereffekt"
Durch addition der Zug- und Trägheitskraft wird die tanagentiale Beschleunigung hervorgerufen.

Zu These 2:
Die Atwoodsche-Fallmaschine (Ich weiß auch nicht wie das geschrieben wird, dabei hab ich das heute erst gelesen...)
die Kraft die hier wirkt ist die Potentialkraft. Sie entsteht durch Hubarbeit und bedeutet nichts anderes, als das die geleistete Kraft gespeichert wurde in der Position des Massepunktes.

Gast namens Dominik · Gast

Ich arbeite gerade an meinem betrieblichen Auftrag, in dessen Rahmen ich eine Schrittmotorsteuerung für 2 verschiedene Drehteller programmieren soll.
Wie der Zufall es will ist der eine davon ein flacher Drehteller, der verdeutlichen soll dass eine Metallkugel nicht darauf liegen bleibt, wenn er rotiert (Der andere ist ein rotierender Sattel als mechanische Darstellung einer Paul-Falle).

Im Test zeigte sich, dass die Kugel sich aufgrund ihrer Trägheit NICHT tangential bewegt, sondern durch Abrollen auf dem Drehteller parallel zum Radius (relativ zum Drehteller also spiralförmig) langsam nach außen rollt, woraus ich schließe dass hier nur die Zentrifugalkraft wirkt. Wenn die Kugel den Rand nämlich erreicht hat, fällt sie einfach gerade herunter.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8575

Systemdynamiker · Anmeldungsdatum: 22.10.2008 Beiträge: 594 Wohnort: Flurlingen

Wenn man einen Körper irgendwo auf einer horizontal rotierenden Scheibe absetzt und keine Reibung wirkt, dann bleibt der Körper von aussen gesehen stehen. Im mitrotierenden System macht er dann eine Kreisbewegung. Wenn man die Trockenreibung (Haft- und Gleitreibung) dazu nimmt, wird die Sache ziemlich kompliziert, weil dieser Reibungseffekt nichtlinear ist.

Man könnte die Reibung weglassen und dem reibungsfrei gleitenden Körper einen kleinen Stoss versetzen. Dann bewegt er sich von aussen gesehen auf einer geradlinigen Bahn (1. Newtonsches Gesetz). Im mitrotierenden System muss man Zentrifugal- und Corioliskraft einführen, was aber nur die Folge einer Transformation ist.

Liest man nun die "Erklärungen", welche in diesem Forum gegeben werden, dann stehen einem sämtliche Haare zu Berge:

asdsdsd · Gast

Ohne jetzt die ganzen Beiträge durchzulesen: Es wird dank der Reibungskraft Impuls auf den Körper übertragen.