Über dieses Experiment
Ein Objekt kann beschleunigt werden, obwohl seine Geschwindigkeit konstant bleibt, denn die Geschwindigkeit umfasst auch die Richtung. Platziere eine Masse auf einer Kreisbahn und untersuche den nach innen gerichteten Kraftpfeil und den tangentialen Geschwindigkeitspfeil. Vergleiche die erforderliche Zentripetalkraft, wenn sich Winkelgeschwindigkeit, Masse und Radius ändern.
Lernziele
- Untersuche, wie sich die Winkelgeschwindigkeit auf die Tangentialgeschwindigkeit auswirkt, während die anderen Variablen konstant bleiben.
- Nutze das Diagramm und die Messwerte, um eine Vorhersage zu überprüfen.
- Erkläre die physikalischen Annahmen und wo dieses Modell nicht mehr gilt.
Anleitung
- 1Stelle die Masse auf 1 kg, den Radius auf 2 m und die Winkelgeschwindigkeit auf 2 rad/s ein. Überprüfe, ob 8 N herauskommen.
- 2Speichere die Kurve und verdopple den Radius, während die Winkelgeschwindigkeit konstant bleibt. Vergleiche die Kraft.
- 3Verdopple die Winkelgeschwindigkeit. Warum steigt die Kraft um den Faktor vier?
- 4Bewege den Zeitschieberegler, um dich auf der Kreisbahn zu bewegen. Prüfe, ob die Kraft weiterhin nach innen und die Geschwindigkeit weiterhin tangential gerichtet ist.
Das Modell
Annahmen
- Die Bahn ist kreisförmig und hat einen konstanten Radius und eine konstante Winkelgeschwindigkeit. Die Kraftanzeige gibt die erforderliche, nach innen gerichtete resultierende Kraft an.
- Das Diagramm skaliert den Radius proportional und zeigt die Richtungen mit schematischen Pfeilen. Es bildet nicht den Mechanismus ab, der die Kraft bereitstellt.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Warum nimmt die Kraft hier mit zunehmendem Radius zu, obwohl F = mv²/r eine Abnahme nahelegt?
- Q2Was geschieht mit der Bewegung, wenn die nach innen gerichtete Kraft wegfällt?
Häufig gestellte Fragen
Ist die Zentripetalkraft eine zusätzliche Kraftart?
Nein. Sie bezeichnet die nach innen gerichtete Nettokraft. Sie kann durch Spannung, Gravitation, Reibung oder eine andere Wechselwirkung entstehen.
Was geschieht, wenn die Winkelgeschwindigkeit null ist?
Die Masse ist in Ruhe. Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kraft und Frequenz sind null; die Periodendauer wäre unendlich.