Kräfte und Trägheit

Die Zentrifugalkraft ist keine „echte“ Kraft — die Tendenz, nach außen zu fliegen, wird beobachtet, weil Objekte, die sich in einer geraden Linie bewegen, dazu neigen, sich in einer geraden Linie weiter zu bewegen. Dies wird Trägheit genannt und macht Objekte resistent gegen die Kraft, die sie in einer Kurve bewegt.

Die Zentripetalkraft ist eine „echte“ Kraft. Es zieht das Objekt zur Mitte hin an und verhindert, dass es „herausfliegt“. Die Quelle der Zentripetalkraft hängt von dem betreffenden Objekt ab. Für Satelliten im Orbit kommt die Kraft von der Schwerkraft. Wenn ein Gegenstand an einem Seil herumgeschwenkt wird, wird die Zentripetalkraft durch Spannung im Seil bereitgestellt, und für einen sich drehenden Gegenstand wird die Kraft durch innere Spannung bereitgestellt. Bei einem Auto, das sich entlang eines Bogens bewegt, entsteht die Zentripetalkraft durch Reibung zwischen den Autoreifen und der Straße.

Wenn sich ein Objekt richtig dreht, sind sowohl die Zentrifugal- als auch die Zentripetalkräfte gleich, sodass sich das Objekt nicht in Richtung des Rotationszentrums oder von diesem nach außen bewegt. Es wird einen konstanten Abstand vom Zentrum beibehalten.

Richtung

Richtung der Zentripetalkraft und Geschwindigkeit

Die Zentripetalkraft ist vom Objekt zum Rotationszentrum nach innen gerichtet. Technisch gesehen ist es orthogonal zur Geschwindigkeit des Körpers auf den festen Punkt des momentanen Krümmungsmittelpunkts des Pfades gerichtet.

Die Zentrifugalkraft ist nach außen gerichtet; in die gleiche Richtung wie die Geschwindigkeit des Objekts. Bei Kreisbewegungen ist die Geschwindigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt tangential zum Bewegungsbogen.

Formel

Beide Kräfte werden nach derselben Formel berechnet:

wobei ac die Zentripetalbeschleunigung ist, m die Masse des Objekts ist, die sich mit der Geschwindigkeit v entlang eines Pfades mit dem Krümmungsradius r bewegt.

Zentrifugal vs. Beispiele für Zentripetalkraft

Einige häufige Beispiele für Zentrifugalkraft bei der Arbeit sind Schlamm, der von einem Reifen fliegt, und Kinder, die eine Kraft spüren, die sie nach außen drückt, während sie sich auf einem Kreisverkehr drehen.Ein wichtiges Beispiel für die Zentripetalkraft ist die Rotation von Satelliten um einen Planeten.

Roller Coaster,an example of Centripetal force in action

A satellite orbiting the planet by applying the centripetal force.

Darstellung der Zentripetalkraft (roter Vektor mit der Bezeichnung FT, die Spannkraft im Seil). Wenn das Seil durchtrennt wird, wirkt die Zentripetalkraft (Spannung im Seil) nicht mehr auf das Objekt. Es wird also nicht mehr von FT in dieser Kreisbahn gehalten und fliegt auf einer Tangente davon.

Anwendungen

Das Wissen über Zentrifugal- und Zentripetalkräfte kann auf viele alltägliche Probleme angewendet werden. Zum Beispiel wird es bei der Gestaltung von Straßen verwendet, um Schleudern zu verhindern und die Traktion in Kurven und Zugangsrampen zu verbessern. Es ermöglichte auch die Erfindung der Zentrifuge, die in Flüssigkeit suspendierte Partikel durch Drehen von Reagenzgläsern mit hohen Geschwindigkeiten trennt.