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Beschleunigte Bezugssysteme

Zentrifugalkraft

Betrachten wir nun ein rotierendes Bezugssystem. Man befestigt an der Achse einer mit konstanter Winkelgeschwindigkeit rotierenden Scheibe mit einem Kraftmesser eine Kugel.

Ruhender Beobachter

Für einen außenstehenden, ruhenden Beobachter ergibt sich die folgende physikalische Betrachtung:

Der Kraftmesser zeigt eine Zugkraft an, welche die Kugel nach innen zieht. D.h. der Kraftmesser zieht die Kugel nach innen und hält sie so auf ihrer Kreisbahn. Nach dem 3. Newton'schen Gesetz übt die Kugel eine nach außen gerichtete Gegenkraft auf den Kraftmesser aus. Es gibt jedoch keine Kraft, die an der Kugel nach außen zieht. Die Beschleunigung bei einer gleichförmigen Kreisbewegung ist a = ω 2 r . Auf die Kugel wirkt daher die Kraft F = m a = m ω 2 r , die so genannte Zentripetal- oder Radialkraft.

Mitbewegter Beobachter

Für einen mitbewegten Beobachter ergibt sich die folgende physikalische Betrachtung:

Auch hier zeigt der Kraftmesser eine Zugkraft im Seil an. Allerdings existiert hierfür keine Gegenkraft, da die Kugel für den mitbewegten Beobachter ja in Ruhe bleibt. Der Beobachter kann diese Kraft nur auf eine Zugkraft zurückführen, die die Kugel nach außen zieht. Man bezeichnet diese Kraft als Zentrifugal- oder Fliehkraft.

Auch hier verläuft für den außenstehenden Beobachter alles, wie nach den Newton'schen Gesetzen zu erwarten war.

Der mitbewegte Beobachter hingegen beobachtet eine Scheinkraft, deren Ursache nicht direkt ersichtlich ist.

Für die Zentrifugalkaft gilt:
F z = m ω 2 r
Die Zentrifugalkraft ist eine Scheinkraft und hat deswegen keine Gegenkraft. Sie tritt ausschließlich in rotierenden Bezugssystemen mit mitbewegtem Beobachter auf.
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