Trägheitskräfte bei der Kreisbewegung

Kurzbeschreibung

Das Das Gerät besteht aus einer Schwungmaschine mit verschiedenen Einsätzen. Die Schwungmaschine besteht aus einer Handkurbel und einer über einen Riemen angetriebenen Achse, in der die Einsätze A-D befestigt werden können.
Zwei Stahlbänder sind zu Kreisen gebogen und simulieren bei der Drehung eine Kugel, wobei je nach Drehgeschwindigkeit eine mehr oder weniger große Abplattung zu sehen ist.
Ein Plexiglasgefäß kann mit Wasser (und etwas Flourescin) gefüllt werden. Die Oberfläche zeigt bei der Drehung einen parabolischen Querschnitt. In die Vertiefung lässt sich eine brennende Kerze tauchen.
Ein Pendel, dessen Aufhängepunkt in der Drehachse liegt, eignet sich zur Erklärung des Foucaultschen Versuches. Man sieht, dass die Schwingungsebene des Pendels bei der Drehung erhalten bleibt
Eine halbkreisförmige Rinne, in der sich zwei Kugeln aus Holz bzw. Eisen befinden und sich frei bewegen können, lässt sich um ihre Symmetrieachse drehen. Die Kugeln bleiben dabei sichtbar. Sie werden durch die Zentrifugalkraft mehr oder weniger nach außen und oben gedrückt. Die Gleichgewichtslage wird also durch die Überlagerung von Zentrifugalkraft und Schwerkraft bestimmt. Bei konstanter Drehgeschwindigkeit bleiben beide Kugeln auf gleicher Höhe stehen. Dies zeigt unmittelbar die Äquivalenz von schwerer und träger Masse.

Physikalische Erklärung

Zentrifugalkraft
Da jeder Körper bestrebt ist, eine vorhandene Bewegung geradlinig fortzusetzen, setzt er der Zentripetalkraft einen Widerstand entgegen, der nach dem Reaktionsprinzip ebenso groß wie diese ist. Seine Richtung ist ihr aber entgegengesetzt und daher vom Zentrum weggerichtet. Deshalb nennt man diesen Trägheitswiderstand auch Zentrifugalkraft oder Fliehkraft F_R.

Zentripetalkraft
Ein Körper beschreibt nur dann eine Kreisbahn, wenn auf ihn dauernd eine Kraft in Richtung zum Kreiszentrum wirkt, die ihn zum Mittelpunkt hin ablenkt. Diese Kraft wird als Zentripetalkraft F_P bezeichnet.