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Warum fällt das Wasser aus einem rotierenden Eimer nicht?
 
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Mathematik-Kumpel



Anmeldungsdatum: 26.02.2019
Beiträge: 2

Beitrag Mathematik-Kumpel Verfasst am: 26. Feb 2019 16:08    Titel: Warum fällt das Wasser aus einem rotierenden Eimer nicht? Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo,
ich habe einen Eimer, den ich mit Wasser fülle. Wenn ich diesen mit Wasser gefüllten Eimer jetzt drehe, also eine konstante Geschwindigkeit erreiche, fällt das Wasser nicht aus dem Eimer. Warum ist dies so?

Meine Ideen:
Ich denke, dass das etwas mit der Zentrifugal-und Zentripetalkraft zu tun haben muss. Beide Kräfte gleichen sich aus, weswegen ich beim Karussell z.B. auch nicht raus fliege, sondern mich an meinem selbigen Platz befinde, da auf der einen Seite die Zentrifugalkraft und auf der anderen Seite die Zentripetalkraft auf mich einwirken. Nun ist es aber so, dass ich am Höhepunkt, also dem höchsten vom Eimer in einem rotierenden Bezugssystem (Kreisbewegung) zu erreichendem Punkt, neben der Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft auch die Gewichtskraft und der Ortsfaktor (Erdanziehung 9,81 N) in Richtung des Bodens wirken. Das Wasser fällt nicht raus, was bedeutet, dass es ja eine Art ,,Gegenkraft'' geben muss(sollte), weil ansonsten keine Kräfte/Kraft die Gewichtskraft und die Erdanziehungskraft entgegenwirken.
Was denkt ihr, gibt es etwas, dass ich nicht beachtet habe wenn ja, was wäre dies? Ich bin zurzeit in der 11. Klasse eines Gymnasiums in Niedersachsen (G9).
Ich bedanke mich bei eurer Unterstützung smile
ML



Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 1972

Beitrag ML Verfasst am: 26. Feb 2019 23:03    Titel: Re: Warum fällt das Wasser aus einem rotierenden Eimer nicht Antworten mit Zitat

Hallo,

Mathematik-Kumpel hat Folgendes geschrieben:

Ich denke, dass das etwas mit der Zentrifugal-und Zentripetalkraft zu tun haben muss.

Ja, schon richtig.

Zitat:

Beide Kräfte gleichen sich aus,

Nein. Das ist ein bisschen verzwickter.
Die Zentripetalkraft taucht auf, wenn Du das System aus einem Inertialsystem (nebenstehender Beobachter) beschreibst. Die Zentrifugalkraft tritt auf, wenn Du dich im rotierenden System befindest.
Du kannst nicht einfach Größen mischen, die in verschiedenen Bezugssystem auftauchen, sonst kommt Mist heraus.


Zitat:

Nun ist es aber so, dass ich am Höhepunkt, also dem höchsten vom Eimer in einem rotierenden Bezugssystem (Kreisbewegung) zu erreichendem Punkt, neben der Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft auch die Gewichtskraft und der Ortsfaktor (Erdanziehung 9,81 N) in Richtung des Bodens wirken. Das Wasser fällt nicht raus, was bedeutet, dass es ja eine Art ,,Gegenkraft'' geben muss(sollte), weil ansonsten keine Kräfte/Kraft die Gewichtskraft und die Erdanziehungskraft entgegenwirken.

Unbeeinflusst würde der Körper gerne auf einer geraden Bahn weiterfliegen.
Um den Körper auf eine Kreisbahn zu zwingen, muss man ihn nach jedem Stückchen ds, das er sich bewegt, wieder ein Stückchen in die Mitte des Kreises ziehen. Diese Kraft ist die Zentripetalkraft.

Sofern der Eimer schnell genug rotiert, ist die erforderliche Zentripetalkraft größer als die Gewichtskraft. Das bedeutet, die Gewichtskraft wird zu 100% dazu verwendet, um die Kreisbahn zu erzwingen. Aber das reicht nicht. Man muss darüber hinaus den Körper im höchsten Punkt auch noch mechanisch nach unten ziehen, damit er nicht wegfliegt.

Die Gewichtskraft wird also komplett für etwas anderes benötigt und kann daher nicht zum Fallen des Körpers beitragen.



Viele Grüße
Michael
hansguckindieluft



Anmeldungsdatum: 23.12.2014
Beiträge: 1002

Beitrag hansguckindieluft Verfasst am: 26. Feb 2019 23:09    Titel: Re: Warum fällt das Wasser aus einem rotierenden Eimer nicht Antworten mit Zitat

Hallo,

Mathematik-Kumpel hat Folgendes geschrieben:
Beide Kräfte gleichen sich aus, weswegen ich beim Karussell z.B. auch nicht raus fliege, sondern mich an meinem selbigen Platz befinde, da auf der einen Seite die Zentrifugalkraft und auf der anderen Seite die Zentripetalkraft auf mich einwirken.


Nein, auf Dich wirkt im Karussell nur die Zentripetalkraft, die Dich auf die Kreisbahn zwingt. Denn Du wirst ja im Karussell ständig beschleunigt, und zwar zur Drehachse hin.

Nun befindest Du dich selbst im Karussell aber in einem beschleunigten Bezugssystem, und für Dich fühlt es sich so an, als ob Du nach außen gedrückt würdest. Diese Kraft nennt man Zentrifugalkraft. Die Zentrifugalkraft ist eine Scheinkraft, die nur in beschleunigten Bezugssystemen auftritt. Ein außenstehender Beobachter würde nicht auf die Idee kommen zu sagen, dass auf Dich eine Zentrifugalkraft wirkt. Er würde beobachten, dass Du von einer Zentripetalkraft auf eine Kreisbahn gezwungen wirst.

Du kannst den Vorgang also entweder aus dem beschleunigten Bezugssystem heraus beschreiben, dann wirkt die Zentrifugalkraft, oder Du beschreibst den Vorgang aus einem nicht beschleunigten Inertialsystem heraus (Außenstehender Beobachter), dann wirkt die Zentripetalkraft. Es wirken aber nicht beide Kräfte gleichzeitig.

Gruß

Ups, Michael war schneller...
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11573

Beitrag franz Verfasst am: 26. Feb 2019 23:16    Titel: Antworten mit Zitat

Zum Sachverhalt vielleicht noch: Die "Eimerdrehung" oben könnte vielleicht etwas genauer beschrieben werden. (Beim Milchholen mit der Kanne in den 50ern ging dieses Kunsttück auch mal daneben.)
Mathematik-Kumpel



Anmeldungsdatum: 26.02.2019
Beiträge: 2

Beitrag Mathematik-Kumpel Verfasst am: 27. Feb 2019 17:28    Titel: Antworten mit Zitat

Also, wenn ich das richtig verstanden habe:

Von außen betrachtet gibt es keinen Grund eine nach außen gerichtete Kraft anzunehmen, Fliehkraft ist also nicht an diesem ,,Prozess'' beteiligt. Allerdings ist die Zentripetalkraft vorhanden. Das Gewicht und der Ortsfaktor (Erdanziehungskraft) bilden zusammen die Gewichtskraft. Der kritischste Punkt ist vertikal oben. Es gibt nur zwei Bedingungen dafür, dass das Wasser dort nicht aus dem Eimer fließt:

1. Die Zentripetalkraft ist gleich Gewichtskraft
2. Die Zentripetalkraft ist größer als die Gewichtskraft

Wenn das Wasser also nicht aus dem Eimer fließt heißt das, dass die Zentripetalkraft größer/gleich die Gewichtskraft ist. Hier sind also beide Kräfte ausgeglichen oder die Zentripetalkraft ist so groß, dass die Gewichtskraft den Eimer und das Wasser auf den Boden zwingen kann.

Fehlt etwas?
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11573

Beitrag franz Verfasst am: 01. März 2019 14:11    Titel: Antworten mit Zitat

Bei der Bewegung eines Körpers auf einer gekrümmten Bahn ist ein Teil der äußeren Kraft für das jeweilige "Stückchen" Krümmungskreis verantwortlich: die Zentripetalkraft. Diese hat mit Schwerkraft / Gewicht im allgemeinen zwar nichts zu tun, kann aber diese Rolle stellenweise übernehmen. Beispielsweise im obersten Punkt der beschriebenen Kreisbahn, der mit geradeso überwunden wird.
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