In welche Richtung fällt ein Handy am Autodach in einer Rechtskurve? Nach außen oder nach innen?
Physikfrage
7 Antworten
ohne Luftströmung nach außen, wegen der Zentrifugalkraft. Aber das Auto müsste die Kurve schon sehr schnell nehmen, um die nötige Fliehkraft zu erzeugen. Viel wahrscheinlicher ist, dass die schnelle Luftströmung auf dem Dach das Handy anhebt und es irgendwohin trägt, wo der Wind gerade hinweht.
Lass uns mal die Situation genauer anschauen.
Wir haben also ein Handy, welcher sich auf dem Dach eines fahrenden Autos befindet. Das Experiment wird zudem vereinfacht dargestellt, das heißt zusätzliche physikalische Effekte wie z.b. die Luftreibung berücksichtigen wir nicht.
Das Auto beginnt nun damit in eine Rechtskurve zu fahren wodurch die folgende Bewegung eher die einer Bewegung entlang einer Kreisbahn entspricht. Die Frage ist nun, was mit dem Handy auf dem Dach passiert? Eins ist klar, das Handy wird definitiv nach außen wegfallen aber warum?
Nach Newton gilt, dass jeder Körper der Masse m in seinen Bewegungszustand verharren möchte. Also Massen haben das bestreben das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit konstant zu halten:
m*v=const.
Das heißt wenn wir einen Körper der Masse m nehmen wir z.b. ein Raumschiff, auf die Geschwindigkeit v beschleunigen, dann fliegt das Raumschiff gradlinig mit konstanter Geschwindigkeit weiter ohne, dass weiterhin eine Kraft auf das Raumschiff ausgeübt werden muss.
Stell dir vor, das Auto fährt gerade weiter und macht plötzlich eine Vollbremsung. Das Handy würde sofort nach vorne weiterfliegen, warum? Weil das Handy seinen Bewegungszustand beibehalten möchte, Man nennt es auch "Massenträgheit" das heißt, Massen reagieren träge auf Geschwindigkeitsänderungen.
Wie ist das bei der Kreisbahn? Wir könnten ja auch weiterhin mit gleicher Geschwindigkeit fahren und dann eine Kreisbahn fahren dann ändert sich das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit auch nicht und das Handy kann in ruhe liegen bleiben oder nicht?
Nein. Der Grund dafür ist, das die Geschwindigkeit eine sogenannte "Vektorielle Größe" ist. Das heißt eine Geschwindigkeit zeichnet sich eben nicht nur dadurch aus, welchen Betrag sie hat also wie groß die Geschwindigkeit ist sondern auch durch eine Richtungsangabe. Das heißt es ist schon wichtig in welche Richtung die Geschwindigkeit gewissermaßen zeigt.
Und da sich bei einer Kreisbahn die Richtung der Geschwindigkeit ändern muss, kann Masse*Geschwindigkeit nicht länger konstant bleiben.
Das Handy wird also zum einen eine Reibung erfahren die durch den Kontakt zwischen Handy und Dach entsteht, die das Handy zum Teil in Richtung der Kreisbahn beschleunigt und zum anderen gibt es da ja auch noch die Massenträgheit des Handy selbst die das Handy dazu zwingen möchte die Kreisbahn zu verlassen und einer Geradlinigen Bahn zu folgen.
Die Größe der Kraft die nötig ist um das Handy nun auf der Kreisbahn zu halten ist von der Geschwindigkeit abhängig. Wenn das Auto also mit einer kleinen Geschwindigkeit in die Kreisbahn fährt, könnte die Reibung ausreichen um das Handy auf der Kreisbahn zu halten. Bei hohen Geschwindigkeiten jedoch reicht die Reibung eventuell nicht mehr aus und das Handy wird den Radius der Kreisbahn immer mehr vergrößern, bis es schlussendlich die Kreisbahn verlässt.
Das Bestreben der Masse die Kreisbahn aufgrund der Trägheit der Masse selbst zu verlassen, interpretieren wir als die Kraft, die Masse immer weiter nach außen in der Kreisbahn zwingt. Diese Kraft wird "Zentrifugalkraft" genannt. Gemäß dem 3. Newtonschen Axioms gilt hier Aktion=Reaktion. Die passende Gegenkraft zur Zentrifugalkraft ist die Zentripetalkraft.
Die Zentrifugalkraft lässt sich mit der folgenden Formel berechnen:
F=m*r*ω^2
ω=2*π*f
Das ist also die Kraft die nötig ist um den Körper auf die Kreisbahn zu zwingen. Wir können sehen, dass die Kraft umso größer wird, je größer das ω also die Winkelgeschwindigkeit wird. Weshalb deutlich zu erkennen ist wie die Geschwindigkeit mit der Kraft zusammenhängt. Deshalb reicht die Reibung nicht aus, das Handy auf dem Dach in der Kreisbahn zu halten, wenn das Auto mit einer großen Geschwindigkeit in die Kreisbahn übergeht.
Unter der Voraussetzung, dass das Auto fährt (sonst würde das Handy einfach auf dem Autodach liegen bleiben) und lose auf dem Autodach liegt, fällt das Handy nach außen. Laut dem ersten Newton'schen Gesetz ändert sich der Bewegungszustand eines Gegestandes nicht, wenn keine Kraft auf ihn wirkt. Deshalb fliegt das Handy geradeaus (keine Richtungsänderung) und das Auto bewegt sich in der Kurve nach rechts, sodass es aus dem Auto so aussieht, als ob das Handy nach außen fliegt.
die fliehkräfte wirken immer mach außen.
Gibt es irgendwelche sogkräfte vom Auto die das Handy trotzdem auf der rechten Fahrbahnseite landen lassen könnten?
es kommt auf mehrere fakturen an. das autodach ist etwas gewölbt, es entstehen auch andere kräfte durch Vibrationen und Fahrtwind. außerdem ist rs auch entscheident wo das handy auf dem dach gelegen hat. (ich würde mal behaupten es hat auf der beifahrerseite gwlegen und wurde durch den fahrtwind vom dach gestoßen.
Egal ob Rechts- oder Linkskurve, es fliegt immer von der "Kurve" (dem Kreis) weg - was sonst ?
Ok ich diskutiere gerade mit meinem Schwiegervater der mir erklären will dass es physikalisch vollkommen logisch ist dass das handy immer innen landet ich bin der meinung wenn es nicht abgelenkt wird durch wind oder aufprall wird es im normalfall außen landen...
Wer hat Recht und warum?
Ich stecke gerade in einer Diskussion weil jemand sein Handy am Autodach liegen gelassen hat und wir es auf der Innenseite einer Rechtskurve wiedergefunden haben...
Mein Diskussionspartner ist der Ansicht das es physikalisch vollkommen logisch ist, dass das Handy innen landet, ich bin allerdings der Meinung eigentlich müsste es außen landen...