Über dieses Experiment
Schiebe einen Puck ohne Reibung über ein sich drehendes Karussell. Von oben gesehen bewegt sich der Puck in einer vollkommen geraden Linie, aber die Scheibe dreht sich unter ihm, sodass eine Person auf der Scheibe sieht, wie der Puck von der anvisierten Stelle wegzukurven scheint. Auch die Erde ist eine riesige rotierende Scheibe: Winde und Meeresströmungen, die weite Strecken zurücklegen, werden auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links abgelenkt. Vergleiche die beiden Ansichten desselben Wurfs. Wechsle dann zur Erde und sieh, wie stark ein Luftstoß bei verschiedenen Breitengraden abgelenkt wird.
Lernziele
- Erkläre, dass der Coriolis-Effekt eine scheinbare Ablenkung ist, die man aus einem rotierenden Bezugssystem heraus beobachtet.
- Sagen Sie die Ablenkungsrichtung auf der Nord- und Südhalbkugel voraus
- Erklären Sie, warum der Effekt in Polnähe am stärksten und am Äquator nicht vorhanden ist
- Verwenden Sie den Coriolisparameter f = 2Ω sin φ, um die Größe der Trägheitskreise abzuschätzen
- Setzen Sie den Coriolis-Effekt mit der Drehbewegung großer Stürme und den globalen Windgürteln in Beziehung
Anleitung
- 1Drücken Sie auf „Werfen“ und verwenden Sie die Standardeinstellungen. Vergleichen Sie die Bahn in den beiden Ansichten. Welche ist gerade?
- 2Beobachten Sie die gestrichelte Ziellinie in der Außenansicht. Wo befindet sich das Ziel, wenn der Puck den Rand erreicht?
- 3Verdoppeln Sie die Rotationsgeschwindigkeit und halbieren Sie dann die Wurfgeschwindigkeit. Welche Änderungen lassen den Puck weiter vom Ziel entfernt landen?
- 4Aktivieren Sie „Im Uhrzeigersinn drehen“. In welche Richtung sieht der Fahrer den Puck nun abbiegen?
- 5Wechseln Sie zu „Auf der Erde“. Setzen Sie die Luft bei 45° nördlicher Breite in Bewegung und beobachten Sie sie eine Umdrehung lang. Probieren Sie anschließend 10°, 0° und −45° aus.
- 6Verdoppeln Sie bei 45° nördlicher Breite die Windgeschwindigkeit. Was geschieht mit der Größe des Kreises und der dafür benötigten Zeit?
Das Modell
Annahmen
- Der Puck gleitet reibungsfrei und prallt nicht ab. Er verlässt die Scheibe, sobald er den Rand erreicht.
- Die werfende Person bewegt sich mit der Scheibe, daher hat der Puck zu Beginn die seitliche Geschwindigkeit des Punktes, von dem aus er geworfen wird.
- Auf der Erde wird die Luft einmalig angestoßen und danach wirken keine Druckunterschiede, Reibung oder sonstigen Kräfte auf sie, sodass sie sich in einem kleinen, flachen Gebiet um einen Breitengrad auf einem Trägheitskreis bewegt.
- Die Änderung von f mit dem Breitengrad über den Kreis hinweg wird ignoriert, und der Zentrifugalbeitrag der Rotation wird als Teil der Schwerkraft betrachtet.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Warum sagt eine Person, die auf der Scheibe mitfährt, dass eine Kraft den Puck seitwärts drückt, während eine Person, die von oben zusieht, sagt, dass keine seitliche Kraft wirkt?
- Q2Warum drehen sich Hurrikane auf der Nordhalbkugel gegen den Uhrzeigersinn, obwohl der Corioliseffekt bewegte Luft nach rechts ablenkt?
- Q3Warum entstehen Hurrikane fast nie in einem Bereich von etwa 5° um den Äquator?
- Q4Ein Spülbecken ist etwa 0,5 m breit und läuft in 20 s leer. Erkläre mithilfe von f = 2Ω sin φ, warum der Corioliseffekt nicht bestimmt, in welche Richtung das Wasser abfließt.
- Q5Langstreckenartillerie und Raketen müssen den Corioliseffekt berücksichtigen, Fußbälle jedoch nicht. Warum?
Häufig gestellte Fragen
Ist die Corioliskraft eine echte Kraft?
Sie wird als Scheinkraft oder Trägheitskraft bezeichnet. Nichts drückt den Puck seitwärts. Sie tritt nur auf, wenn man die Bewegung aus einem rotierenden Bezugssystem wie der Scheibe oder der Erde beschreibt, und wird dort benötigt, damit die Bewegungsgesetze gelten.
Bewirkt der Corioliseffekt, dass Toiletten auf den beiden Erdhalbkugeln in entgegengesetzte Richtungen ablaufen?
Nein. Bei Wasser in einem Waschbecken oder einer Toilette ist die Coriolisbeschleunigung millionenfach kleiner als andere Einflüsse, etwa die Form des Beckens und die Art, wie das Wasser eingegossen wurde. Sie spielt nur bei Bewegungen über große Entfernungen oder lange Zeiträume eine Rolle, etwa bei Wettersystemen und Meeresströmungen.
Warum hängt die Ablenkung vom Breitengrad ab?
Nur der Anteil der Erdrotation um die lokale Vertikale setzt horizontale Bewegungen in Drehung. An den Polen dreht sich der Boden vollständig um die Vertikale, am Äquator dagegen überhaupt nicht. Daher nimmt f = 2Ω sin φ vom Maximalwert bis auf null ab.