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Beschleunigte Bezugssysteme

Linear beschleunigte Bezugssysteme

Im Alltag begegnet man fast überall linear beschleunigten Bezugssystemen. Sei es ein Fahrstuhl, ein Zug, ein Auto, beim Anfahren, um nur einige wenige Beispiele zu nennen. Beschleunigte Bezugssysteme haben wir auch bereits im Kinematikmodul kennengelernt.

Auch ein Skateboard kann ein linear beschleunigtes Bezugssystem darstellen. Man stellt einen Wagen auf einen größeren Wagen oder ein Skateboard und stößt dieses an. Man erhält die folgenden Ergebnisse:

Im ersten Video rollt der Wagen vom Beobachter - hier der Kamera - weg. Im zweiten Video bewegt sich das Skateboard unter dem Wagen weg, dieser bleibt von außen betrachtet in Ruhe. Welche Sichtweise ist richtig? Und wie kann man sie erklären?

Es ist in beiden Fällen der gleiche Versuch und der gleiche Ablauf. Er ist jedoch aus unterschiedlichen Perspektiven unterschiedlich zu beschreiben. Das liegt daran, dass im ersten Fall die Kamera als außenstehender, ruhender Beobachter und im zweiten Fall als mitbewegter Beobachter eingesetzt war.

Eine physikalische Kräftebetrachtung liefert Folgendes:

Ruhender Beobachter

Die Kugel bleibt fast in Ruhe stehen, ihre Beschleunigung ist zu jedem Moment null und damit auch die Kraft, die auf sie wirkt.

Auf das Skateboard wurde von außen eine Kraft ausgeübt, sodass es mit a beschleunigt wird. Danach bewegt es sich mit konstanter Geschwindigkeit weiter.

Mitbewegter Beobachter

Die Kugel wird mit - a beschleunigt und es wirkt auf sie eine Kraft FKugel = mKugel a . Das Skateboard verändert seine Lage nicht für den mitbewegten Beobachter, es erfährt keine Beschleunigung und damit wirkt auch keine Kraft darauf.

Für den außenstehenden Beobachter spielt sich alles so ab, wie es nach den Newton'schen Gesetzen zu erwarten ist.

Dies ist aber nicht der Fall für den mitbewegten Beobachter. Er beobachtet eine Schein- oder Trägheitskraft, die zwar mit einem Kraftmesser nachweisbar ist, deren Ursache aber nicht direkt ersichtlich ist. Für diese existiert keine Gegenkraft nach dem dritten Newton'schen Gesetz.

Physikalische Vorgänge werden in der Regel aus nicht beschleunigten Bezugssystemen beobachtet. Daher bezeichnet man die Kräfte, die ein mitbeschleunigter Beobachter wahrnimmt, als Scheinkräfte.

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