Trägheitskräfte

Kräfte können nachgewiesen werden, indem man Beschleunigungen oder Verformungen registriert. Dabei muss aber die Messapparatur selbst stillstehen, oder mindestens nicht beschleunigt sein. Anderfalls misst die Apparatur Kräfte, die man als Schein- oder Trägheitskräfte bezeichnet. Die drei wichtigsten Vertreter dieser Trägheitskräfte sind unten vorgestellt:

  • Geradlinig beschleunigtes Bezugssystem: Die folgende Simulation zeigt einen Wagen, der beschleunigt wird (roter Kraftpfeil). Dabei wird die Kugel im Innern aufgrund ihrer Trägheit stehen bleiben, bis die hintere Wand die Kugel durch einen Stoss ebenfalls nach vorne beschleunigt. Dieser von aussen betrachtete Vorgang sieht ganz normal aus:

    • Wenn wir uns aber in den Wagen setzen, und dieselbe Bewegung aus diesem beschleunigten Bezugssystem beobachten, dann sieht es so aus, wie wenn die Kugel nach links beschleunigt würde (zB durch Wind). Nach einer Weile prallt sie auf die linke Wand. Diese beschleunigende Kraft ist aber nicht wirklich vorhanden, sondern sie entsteht dadurch, dass man sich (vielleicht unbewusst) in einem beschleunigten Raum befindet und die Kugel den Zustand der Ruhe beibehält.

  • Andere Trägheitskräfte treten auf, wenn das Bezugssystem rotiert. Wohlbekannt ist die Zentrifugalkraft, die uns bei einer Kurvenfahrt mit dem Auto scheinbar nach aussen drückt. In Wirklichkeit drückt uns aber das Auto nach innen zum Kurvenzentrum hin, wir selbst würden aufgrund unserer Trägheit lieber geradeaus fahren.

    • In der folgenden Simulation ist eine Schleudervorrichtung gezeigt. Wir benutzen sie, um die Zentrifugalkraft und die Corioliskraft zu demonstrieren. Die rotierende Schiene schleudert die Kugel weg. Von aussen betrachtet ein plausibler Vorgang. Die einzige Kraft auf die Kugel wird von der (reibungslosen) Schienenführung ausgeübt: je weiter aussen die Kugel ist, desto grösser wird ihre Radialgeschwindigkeit, diese Beschleunigung vermittelt die Schiene.

    Wenn die Kugel mit einem am Zentrum angemachten Seil fixiert wäre, würde das Seil gespannt sein, da es die Kugel auf die Kreisbahn zwingen würde. Diese Kraft auf die Kugel heisst dann Zentripetalkraft.

    Wechselt man den Betrachterstandpunkt und begibt man sich auf die rotierende Scheibe, dann sieht alles ganz anders aus. Man hat das Gefühl, eine Kraft treibt die Kugel vom Zentrum weg und nennt diese Kraft Zentrifugalkraft.

    Ausserdem sieht man dass die Kugel, nachdem sie die Führungsschiene verlassen hat, scheinbar seitlich wegdriftet. Diese Scheinkraft heisst Corioliskraft. Sie entsteht, wenn sich die Kugel vom Zentrum wegbewegt und dabei eigentlich eine geradlinige Bahn durchläuft. Wenn sich der Beobachter gleichzeitig dreht, entsteht statt der geradlinigen Bahn eine Spirale.

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