Einseitig frei aufgehängter Fahrradkreisel

Kurzbeschreibung

Kreisel sind uns aus unseren Kindheitstagen vertraut. Spielzeugkreisel sind meist um eine Achse rotationssymmetrisch aufgebaut. Die Physik geht beim Kreisel weit über das Spielzeug hinaus. Als Kreisel bezeichnen wir einen starren Körper, der sich um eine Achse durch den Schwerpunkt dreht. Beim momentfreien Kreisel, der sich um seine Figurenachse dreht ist die Richtung der Figurenachse ortsfest im Raum.
Kreisel sind "Drehimpulsspeicher". Durch das Abschneiden einer Aufhängung setzen wir den Kreisel einem neuen Drehmoment aus (Gewichtskraft mal Hebelarm), der seinerseits einen Drehimpuls auf den Kreisel überträgt. Drehimpulse haben aber eine Richtung im Raum (sind Vektoren). Der bereits vorhandene Drehimpuls im Kreisel und der durch das Ändern der Aufhängung neu erzeugte Drehimpuls stehen senkrecht aufeinander. Ihre Summe ergibt einen dritten Drehimpuls, der sich aus beiden Summanden zusammensetzt (Vektoraddition). Als Folge dreht sich der Kreisel waagrecht um die verbleibende Aufhängung (Präzession)

 

Wie kommt es zu dem Ausweichen des Kreisels senkrecht zur angreifenden Kraft?

Das entsprechende Drehmoment D→ erzeugt in der Zeit dt einen Drehimpuls dJ→, der in die Richtung von D→ zeigt, in der untenstehenden Figur also nach hinten. Er muss vektoriell zum bestehenden Drehimpuls J→ addiert werden und verschiebt J→ " seitlich ", ohne den Betrag zu ändern. Diese Verschiebung findet in jedem Augenblick dt statt, so lange das Drehmoment wirkt, so dass die Spitze des Drehimpulsvektors einen Kreis beschreibt. Der Kreisel präzediert um die Senkrechte.

Betriebsanweisungen: drehende Teile

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