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Was passiert wirklich bei der Zentrifugalkraft?
 
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Unwissender interessierte
Gast





Beitrag Unwissender interessierte Verfasst am: 12. Sep 2021 07:02    Titel: Was passiert wirklich bei der Zentrifugalkraft? Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hey, vielleicht eine etwas merkwürdige Frage(n), aber ich dachte irgendwie spontan mal über die Zentripetal- und Zentrifugalkraft nach und da kam bei mir die Frage auf: Wenn wir uns jetzt in einem Kettenkarussell befinden wäre ja die Zentripetalkraft die Kraft, die das Objekt auf die Kreisbahn zwingt. Korrigiert mich falsch ich hier falsch liege, denn es ist nur eine Vermutung und zwar, wäre es hier die Kraft, welche durch die Kette bedingt ist, durch die der Sitzplatz des Karussells nicht weiter als die Kette lang ist weg kann von der Drehachse und würde mit der Geschwindigkeit des Sitzplatzes zunehmen, da die Kette nun mehr Kraft aushalten muss, sodass der Sitzplatz nicht von dannen zieht?

Was ich mich aber nun eigentlich Frage ist Folgendes und zwar:
Die Zentrifugalkraft ist ja lediglich eine Scheinkraft, die durch die Trägheit des Körpers bedingt ist. Wenn ich mir im jetzt im Alltag das Kettenkarussell vorgestellt habe, war die "Erklärung", warum ich jetzt mit meinem Sitzplatz nach außen fliege immer: Da ich nun schneller bin, ist die Fliehkraft größer, die mich nach außen treibt. Nun wollte ich aber mal fragen, was da "wirklich" passiert, also wie sich die Zentrifugalkraft anders modellieren lässt bzw. erklären lässt?

Meine Ideen:
Ich komme jetzt nicht direkt auf ein Ansatz für das Karussell, aber vielleicht für etwas anderes:

Wenn ich ans Auto denke, wo man, wenn man eine Kurve nach links fährt, nach rechts gedrückt wird, wenn das überhaupt eine Fliehkraft ist, denke ich gerade, dass sich die Geschwindigkeit (Geschwindigkeit in verschiedene Richtungen) zu schnell für mich geändert hat und so meine Körper nicht schnell genug die Geschwindigkeitsänderung mitmachen konnte und so meine Trägheit, dafür sorgt, dass ich noch etwas auf der alten Bewegungsbahn bleibe, bevor ich die Änderung vollends mitgemacht habe. Kann das leider grad nicht ganz übertragen, falls es überhaupt was mit der Zentrifugalkraft zu tun hat.
ML



Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3364

Beitrag ML Verfasst am: 12. Sep 2021 08:39    Titel: Re: Was passiert wirklich bei der Zentrifugalkraft? Antworten mit Zitat

Hallo,

Unwissender interessierte hat Folgendes geschrieben:

Wenn ich ans Auto denke, wo man, wenn man eine Kurve nach links fährt, nach rechts gedrückt wird, wenn das überhaupt eine Fliehkraft ist, denke ich gerade, dass sich die Geschwindigkeit (Geschwindigkeit in verschiedene Richtungen) zu schnell für mich geändert hat und so meine Körper nicht schnell genug die Geschwindigkeitsänderung mitmachen konnte und so meine Trägheit, dafür sorgt, dass ich noch etwas auf der alten Bewegungsbahn bleibe, bevor ich die Änderung vollends mitgemacht habe. Kann das leider grad nicht ganz übertragen, falls es überhaupt was mit der Zentrifugalkraft zu tun hat.


die Frage ist ja, aus welchem Bezugssystem heraus Du den Vorgang betrachtest.

Aus Sicht des Laborsystems (ein am Fahrbahnrand stehender Beobachter) ist es so, dass das Auto eine Kurve beschreibt, Du Dich aber geradlinig weiterbewegen willst. Mithilfe der Kraft von der Seitentür (auf die Du auprallst) zwingt Dich das Auto zu einer Bewegungsänderung.

Aus dem Eigensystem einer Person im Auto sind sowohl das Auto als auch die Personen darin darin in Ruhe -- bloß die Landschaft rundherum ist beschleunigt. Aus diesem Bezugssystem heraus ist es zunächst nicht ersichtlich, wo die Kraft herkommt, die die Personen zur Seite drückt.


Viele Grüße
Michael
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 17725

Beitrag TomS Verfasst am: 12. Sep 2021 10:03    Titel: Antworten mit Zitat

Und wieder mal ein Beitrag von Kurt gelöscht, der nichts zu Sache beiträgt und nur Verwirrung stiftet.
_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
Gastantwortet
Gast





Beitrag Gastantwortet Verfasst am: 12. Sep 2021 10:49    Titel: Re: Was passiert wirklich bei der Zentrifugalkraft? Antworten mit Zitat

Unwissender interessierte hat Folgendes geschrieben:

Was ich mich aber nun eigentlich Frage ist Folgendes und zwar:
Die Zentrifugalkraft ist ja lediglich eine Scheinkraft, die durch die Trägheit des Körpers bedingt ist. Wenn ich mir im jetzt im Alltag das Kettenkarussell vorgestellt habe, war die "Erklärung", warum ich jetzt mit meinem Sitzplatz nach außen fliege immer: Da ich nun schneller bin, ist die Fliehkraft größer, die mich nach außen treibt. Nun wollte ich aber mal fragen, was da "wirklich" passiert, also wie sich die Zentrifugalkraft anders modellieren lässt bzw. erklären lässt?

Meine Ideen:
Ich komme jetzt nicht direkt auf ein Ansatz für das Karussell, aber vielleicht für etwas anderes:

Wenn ich ans Auto denke, wo man, wenn man eine Kurve nach links fährt, nach rechts gedrückt wird, wenn das überhaupt eine Fliehkraft ist, denke ich gerade, dass sich die Geschwindigkeit (Geschwindigkeit in verschiedene Richtungen) zu schnell für mich geändert hat und so meine Körper nicht schnell genug die Geschwindigkeitsänderung mitmachen konnte und so meine Trägheit, dafür sorgt, dass ich noch etwas auf der alten Bewegungsbahn bleibe, bevor ich die Änderung vollends mitgemacht habe. Kann das leider grad nicht ganz übertragen, falls es überhaupt was mit der Zentrifugalkraft zu tun hat.


Trägheit bedeutet, dass man eine Kraft braucht, um die Geschwindigkeit einer Masse in Betrag und/oder Richtung zu ändern.
Ohne die Kette würdest Du Dich mit dem Sitz in geradeaus weiter bewegen.
Hat also nichts mit "schnell genug" zu tun. Die Geschwindigkeitsänderung machst Du nur mit, wenn eine Kraft auf Dich wirkt, die diese verursacht.
Ist ja auch bei Beschleunigungen so, bei denen sich nur der Betrag der Geschwindigkeit ändert:
Wenn Du mit 50 im Auto fährst, und das Auto stark beschleunigt, wirkt eine Kraft vom Auto auf Dich, die Dich in Bewegungsrichtung beschleunigt.
Dir kommt es so vor, als ob Du in den Sitz gepresst wirst, aber tatsächlich wird der Sitz von hinten in Dich gepresst und beschleunigt Dich.
Wenn Du eine Kurve fährst, kommt es Dir vor, als würdest Du aus der Kurve beschleunigt, und gegen die Tür gepresst, tatsächlich wirst Du in die Kurve beschleunigt und die Tür gegen Dich gepresst.
Unwissender interessierte
Gast





Beitrag Unwissender interessierte Verfasst am: 12. Sep 2021 16:40    Titel: Antworten mit Zitat

Danke schonmal für die Antworten, was ich aber noch nicht ganz verstanden habe ist, warum der Sitzplatz sich weiter nach außen bewegt, wenn das Kettenkarussell beschleunigt , wieso "bleibt der Sitzplatz nicht einfach auf der anfänglichen Kreisbahn".
ML



Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3364

Beitrag ML Verfasst am: 12. Sep 2021 16:53    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

Unwissender interessierte hat Folgendes geschrieben:
Danke schonmal für die Antworten, was ich aber noch nicht ganz verstanden habe ist, warum der Sitzplatz sich weiter nach außen bewegt, wenn das Kettenkarussell beschleunigt , wieso "bleibt der Sitzplatz nicht einfach auf der anfänglichen Kreisbahn".

aus Sicht des Beobachters im Karussell wirkt eine Kraft (Zentrifugalkraft) radial nach außen. Der Sitz bewegt sich nach außen, bis die radiale Komponente der Kettenkraft die Zentrugalkraft gerade kompensiert.

Wenn das Karussell sich schneller bewegt, wird die Zentrifugalkraft größer. Die Kette verändert ihren Winkel, da nun wiederum eine Bewegung nach außen möglich ist.


Viele Grüße
Michael
Gastantwortet
Gast





Beitrag Gastantwortet Verfasst am: 12. Sep 2021 17:10    Titel: Antworten mit Zitat

Unwissender interessierte hat Folgendes geschrieben:
Danke schonmal für die Antworten, was ich aber noch nicht ganz verstanden habe ist, warum der Sitzplatz sich weiter nach außen bewegt, wenn das Kettenkarussell beschleunigt , wieso "bleibt der Sitzplatz nicht einfach auf der anfänglichen Kreisbahn".


Auf den Sitz wirkt auch noch die Schwerkraft.
Der Sitz bewegt sich bei schnellerer Drehung nicht nur nach außen, sondern auch nach oben.
Die Sitze "wollen" sich ja geradeaus bewegen, nicht in einer Kreisbahn und werden erst durch die Zentripetalkraft auf diese "gezwungen".
Im Kettenkarussell ist diese die Resultierende aus Gewichtskraft und Zwangskraft.

hinter diesem Link ("***" durch "www" ersetzen) findest Du die Berechnung und eine Simulation, in der Du die Kräfte einblenden kannst:

***.leifiphysik.de/mechanik/kreisbewegung/versuche/modell-eines-kettenkarussells-simulation
gast_free



Anmeldungsdatum: 15.07.2021
Beiträge: 193

Beitrag gast_free Verfasst am: 13. Sep 2021 07:19    Titel: Re: Was passiert wirklich bei der Zentrifugalkraft? Antworten mit Zitat

Unwissender interessierte hat Folgendes geschrieben:
Meine Frage:
Hey, vielleicht eine etwas merkwürdige Frage(n), aber ich dachte irgendwie spontan mal über die Zentripetal- und Zentrifugalkraft nach und da kam bei mir die Frage auf: Wenn wir uns jetzt in einem Kettenkarussell befinden wäre ja die Zentripetalkraft die Kraft, die das Objekt auf die Kreisbahn zwingt. Korrigiert mich falsch ich hier falsch liege, denn es ist nur eine Vermutung und zwar, wäre es hier die Kraft, welche durch die Kette bedingt ist, durch die der Sitzplatz des Karussells nicht weiter als die Kette lang ist weg kann von der Drehachse und würde mit der Geschwindigkeit des Sitzplatzes zunehmen, da die Kette nun mehr Kraft aushalten muss, sodass der Sitzplatz nicht von dannen zieht?

Was ich mich aber nun eigentlich Frage ist Folgendes und zwar:
Die Zentrifugalkraft ist ja lediglich eine Scheinkraft, die durch die Trägheit des Körpers bedingt ist. Wenn ich mir im jetzt im Alltag das Kettenkarussell vorgestellt habe, war die "Erklärung", warum ich jetzt mit meinem Sitzplatz nach außen fliege immer: Da ich nun schneller bin, ist die Fliehkraft größer, die mich nach außen treibt. Nun wollte ich aber mal fragen, was da "wirklich" passiert, also wie sich die Zentrifugalkraft anders modellieren lässt bzw. erklären lässt?

Meine Ideen:
Ich komme jetzt nicht direkt auf ein Ansatz für das Karussell, aber vielleicht für etwas anderes:

Wenn ich ans Auto denke, wo man, wenn man eine Kurve nach links fährt, nach rechts gedrückt wird, wenn das überhaupt eine Fliehkraft ist, denke ich gerade, dass sich die Geschwindigkeit (Geschwindigkeit in verschiedene Richtungen) zu schnell für mich geändert hat und so meine Körper nicht schnell genug die Geschwindigkeitsänderung mitmachen konnte und so meine Trägheit, dafür sorgt, dass ich noch etwas auf der alten Bewegungsbahn bleibe, bevor ich die Änderung vollends mitgemacht habe. Kann das leider grad nicht ganz übertragen, falls es überhaupt was mit der Zentrifugalkraft zu tun hat.


Fangen wir einfach ganz vorne an. Jeder Massekörper versucht in seinem Bewegungszustand zu verharren. Hiermit ist der Zustand gleichförmiger Bewegung gemeint. Charakterisiert wird er durch den Impuls.



Vom Betrage ist er das Produkt aus Masse mal Geschwindigkeit. Der Betrag reicht aber zur Beschreibung alleine nicht aus. Die Richtung ist ebenfalls wichtig. Daher wird der Impuls vektoriell beschrieben. Die Pfeile symbolisieren die Richtung.



Solange sich die Masse m nicht ändert versucht der Körper seine Geschwindigkeit v beizubehalten. Ändert sie sich zeitlich in Betrag oder Richtung spricht man von Beschleunigung. Hierfür muss eine Kraft F aufgewendet werden.

Kraftwirkung auf eine Punktmasse allgemein.


Die Punkte auf den Größen bezeichnen die zeitliche Änderung.

Bei konstanter Masse (Kraft=Masse*Beschleunigung).


Jetzt betrachten wir den Fall, dass sich nur die Richtung und nicht der Betrag der Geschwindigkeit sich ändert. Die Bewegung soll in einer Ebene statt finden.





Bei zeitlich konstanter Richtungsänderung kann man die Winkelgeschwindigkeit auch so berechnen.



R: ist der Krümmungsradius der Kreisbahn.



Dies ist bereits vektoriell die Zentrifugalbeschleunigung. Sie steht "normal" auf der gekrümmten Bahn und zeigt dabei von der Krümmung weg. Der Betrag errechnet sich aus:



Die Zentrifugalkraft wg. Kraft = Masse * Beschleunigung.



Die Zentripedalkraft hält die Massen auf der Bahn. Das kann sie nur, wenn ihr Betrag gleich groß ist, aber entgegengesetzt wirkt.



Beim Kettenkarussell wirken auf die Kette die Gewichtskraft der Person auf dem Sitz plus der Zentrifugalkraft. Die Kette ist aus der vertikalen Position um einen bestimmten Winkel ausgelenkt. Hier stellt sich ein Kräftgleichgewicht aus Gewichtskraft, Zentrifugalkraft und Zugkraft in der Kette ein.

Beim Fahrzeug sind dies die Reibungskräfte, die das Fahrzeug in der Spur halten. Die Reibungskräfte beim Fahrzeug spielen die Rolle, die die Zugkräfte in der Kette beim Karussell spielen.


Zuletzt bearbeitet von gast_free am 13. Sep 2021 09:10, insgesamt 2-mal bearbeitet
Myon



Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5795

Beitrag Myon Verfasst am: 13. Sep 2021 08:15    Titel: Re: Was passiert wirklich bei der Zentrifugalkraft? Antworten mit Zitat

gast_free hat Folgendes geschrieben:
Jetzt betrachten wir den Fall, dass sich nur die Richtung und nicht der Betrag der Geschwindigkeit sich ändert. Die Bewegung soll in einer Ebene statt finden. (...)

Die ist bereits vektoriell die Zentrifugalbeschleunigung. Sie steht "normal" auf der gekrümmten Bahn und zeigt dabei von der Krümmung weg. Der Betrag errechnet sich aus:


Der Vektor wäre die Zentripetalbeschleunigung, und er zeigt zum Krümmungsmittelpunkt hin, nicht von ihm weg.

Wie ML oben bereits erklärte: Die Zentrifugalkraft führt man erst in einem rotierenden Bezugssystem ein, da sonst in einem solchen System die Bewegungsgleichung



nicht mehr gilt. Um beim Beispiel mit dem Karussell zu bleiben: In einem mit der Person mitrotierenden System befindet sich die Person in Ruhe. Es wirkt jedoch eine horizontale Kraft (die auf tatsächlicher Wechselwirkung mit dem Sessel herrührt) auf die Person zum Karussellmittelpunkt hin. Erst mit einer nach aussen wirkenden Zentrifugalkraft addieren sich die Kräfte zu null, und die obige Bewegungsgleichung gilt.
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