Zentripetal- und zentrifugalkraft
wenn ein Körper sich in einer Kreisbewegung bewegt wird, dann wirkt auf ihn die Zentripetal- und zentrifugalkraft. beide krafte haben den selben betrag und wirken jeweils in die entgegengesetzte richtung
soweit ist das richtig oder?
jetzt verstehe ein folgendes nicht:
Wenn ein auto zu schnell in eine Kurve fährt, dann schleudert das auto, aber wieso? auf das auto wirkt in der kurve die Zentripetal- und zentrifugalkraft und da beide die selben beträge haben und in die entgegen gerichtete richtung wirken, gleicht sich das aus. deshalb kann das auto nicht zum schleudern kommen
aber ich weiß ja das das auto in der kurve schleudern kann, also muss ich da irgendwo einen denkfehler haben. kann mich jemand aufklären?
ps: ich weiß das man noch die reibungskraft berücksichtigen muss. aber es geht erst ma nur um die Zentripetal- und zentrifugalkraft
8 Antworten
Bevor man hier wild mit Kräften hantieren, muss man ganz genau sagen, aus welchem Bezugssystem man die Kurvenfahrt betrachtet.
1) Bezugsystem Erde.
Hier gibt es nur eine Kraft, nämlich die Reibkraft der Straße auf die Reifen, welche nach innen wirkt (die Gewichtskraft lasse ich jetzt mal weg, es geht mir nur um die Kreisbewegung). Das Auto fährt im Kreis, wenn diese Kraft die Kreisbedinung F = omega^2 * r erfüllt. Ist die Kraft zu klein, wird der Kreis größer oder das Auto rutscht.
Wichtig: Eine Zentrifugalkraft gibt es hier NICHT.
2) Bezugssystem Fahrzeug.
Wenn man im Auto sitzt, dann bewegt man sich selbst nicht relativ zum Auto, denn in seinem eigenen Bezugssystem ruht jeder Körper. Dies geht aber nur, wenn die Summe der Kräfte 0 ergibt. Nach wie vor gibt es die Reibkraft der Straße auf die Reifen (dies ist eine sogenannte Oberflächenkraft, welche durch die mechanische Spannung hervorgerufen wird, sie bleibt bei Bezugssystemwechsel erhalten. Außerdem gibt es nun eine zweite Kraft, welche der Reibkraft genau entgegengesetzt wirkt, die sogenannte Zentrifugalkraft. Sie ist stets genauso groß wie die angreifenden Oberflächenkräfte, egal ob das Auto jetzt in einer engen Kurve fährt, langsam oder schell, oder vielleich die Kurve verlässt, stets ist die Zentrifugalkraft exakt gegengesetzt so groß wie die Summe aller Oberflächenkräfte auf das Auto.
Wie kann man das verstehen?
Dazu muss man schauen, was mit dem Impuls des Autos passiert. Wenn ein Auto gerade eine Rechtskurve zu fahren beginnt, dann fließt x-Impuls (x nach rechts orientiert) aus der Erde über die Reifen in das Auto. Aus dem Bezugssystem des Autos steht das Auto ja still, der Impuls muss also direkt wieder aus dem Auto abfließen können, aber wohin? Hier kommt nun ein sogenanntes Trägheitsfeld ins Spiel, in diesem Fall das Zentrifugalfeld. Es ist vom Wesen her (siehe allgemeine Relativitätstheorie) nicht von einem Gravitationsfeld zu unterscheiden.
Merke: Der Begrif Zentrifugalkraft ist nur dann richtig, wenn man sich in dem beschleunigten System selbst befindet, ansonsten existiert das Trägheitsfeld nicht.
Zweitens: Der Begriff Zentripetalkraft ist überflüssig. In deinem Beispiel ist es einfach die Reibkraft der Straße auf die Reifen, welche der Kurvenbedingung gehorchen muss, damit das Auto im Kreis fährt. Dann aber sollte man das auch so sagen, der Begriff Zentripetalkraft ist überflüssig.
Ganz einfach, die Reibungskraft wirkt hier als Zentripetalkraft, weil sie der Bewegungsrichtung (Zentrifugal- nach aussen) entgegen wirkt!
Bezugssystem Erde:
Die maximale Kraft der Straße auf den Boden FR = mü * m * g.
Erforderliche Kraft für die Kurve: F(Kurve) = m * v^2 / r.
Wenn die erste Kraft so groß ist wie die zweite, dann schafft er die Kurve, sonst nicht.
1) Den Begriff Zentripetalkraft braucht man nicht (wenn, dann ist es in diesem Fall die Reibkraft)
2) Eine Zentrifugalkraft gibt es hier nicht (wir sind im Bezugssystem Erde)
sry ich meinte das bezugssystem auto, aber die frage hat sich nun erledigt
Die Zentripetalkraft ist die Haftreibungskraft zwischen Reifen und Straße. Wenn die nicht mehr hinreicht zum Ausgleich der Zentrifugalkraft, dann schleudert das Fahrzeug. Dann ist das Fahrzeug entweder zu schnell oder die Reibung ist reduziert, z.B. durch eine Eisfläche oder eine Öllache.
Welche Kräfte wirken auf das Auto in der Kurve? Bei Kreisbewegungen hast du gelernt, dass es eine nach innen gerichtete Kraft gibt, die Zentripetalkraft. Die gibt es, wenn das Auto auf einer Kreisbahn fährt. Allerdings ist das ja die Frage der Aufgabe, ob das Auto überhaupt in der Kurve bleibt oder wegfliegt/rutscht. Auf das in die Kurve fahrende Auto wirkt eine Kraft nach außen, die der Trägheit der Masse des Autos zu verschulden ist. Diese Trägheitskraft nennt man in dem Fall Zentrifugalkraft, einfach weil es sich um eine Kreisbewegung (Kurve) handelt. Das Auto fährt ja nun zunächst gerade, will dann aber eine Kurve fahren, die Trägheit sagt nun aber, "ich will weiter gerade aus", sprich das Auto benötigt eine Kraft um in die Kurve fahren zu können, entgegen wirkt aber die Trägheit (Zentripetal - Zentrifugalkraft). Problem ist, wodurch wird die Kraft übertragen? Was hält das Auto auf der Straße? Das ist nur die Reibung zwischen Auto und Straße! Heißt, die Kraft die der Zentrifugal entgegenwirkt, also die Kraft die hier dessen Gegenkraft ist, ist die Reibung. Fährt das Auto in einer Kreisbahn gilt Reibungskraft=Zentrifugalkraft.
Zentripetalkraft ist die Kraft zur Kreismitte und Zentrifugalkraft ist die Kraft nach außen.
Gibt es die Zentripetalkraft eigl nich nur wenn das Objekt mit dem Mittelpunkt verbunden ist?
Es geht um das Bezugssystem Erde
das kann aber nicht sein. meine frage bezieht es auf folgende aufgabe, die ich gelöst habe
bei a) kommt das Auto nicht ins schleudern, weil die Reibungskraft größer ist als die Zentripetalkraft und bei b) kommt das auto ins schleidern weil Reibungskraft< Zentripetalkraft
ich verstehe jetzt nicht wieso man die reibungskraft berücksichtigt, denn die Zentripetalkraft wird durch die Zentrifugalkraft ausgeglichen oder nicht?
ich bring das ganze wohl völlig durcheinander