Der Unterschied zwischen Zentrifugal- und Corioliskraft

Die Zentrifugalkraft und die Corioliskraft sind zwei unterschiedliche Kräfte, die in rotierenden Systemen auftreten:

Die Zentrifugalkraft ist eine physikalische Kraft, während die Corioliskraft eine Scheinkraft ist. Der Effekt der Corioliskraft entsteht durch die Bewegung über den rotierenden Globus, nicht durch eine tatsächlich wirkende Kraft.

Bei Nord-Süd-Bewegungen auf der Erde nimmt der Radius zu, wodurch sich die zurückzulegende Strecke der Luftmassen vergrößert. Da sich die Luft am Nordpol langsamer bewegt $kleiner Radius$ und sich Richtung Süden durch den größeren Radius erst beschleunigen muss, sieht es für einen Beobachter so aus, als würde eine Kraft die Luftmassen ablenken.

Beispiel: Wenn man auf einem großen Karussell vom Mittelpunkt nach außen läuft, denkt man, man liefe geradeaus. Tatsächlich läuft man aber einen Bogen nach rechts, was den Effekt der Corioliskraft veranschaulicht.

Highlight: Die Corioliskraft ist im Gegensatz zur Zentrifugalkraft keine reale Kraft, sondern ein beobachteter Effekt aufgrund der Erdrotation.

Corioliskraft auf der Erde

Die Corioliskraft wirkt auf jedes Objekt, das sich auf der rotierenden Erde bewegt. Ihre Auswirkungen sind besonders bei großräumigen Bewegungen wie Winden oder Meeresströmungen zu beobachten.

Auf der Nordhalbkugel werden bewegte Objekte, wie zum Beispiel Winde, immer nach rechts abgelenkt. Auf der Südhalbkugel erfolgt die Ablenkung nach links. Diese Regeln gelten stets aus der Richtung, aus der der Impuls kommt.

Highlight: Die Corioliskraft ist am Äquator null und nimmt zu den Polen hin zu. Sie ist am stärksten an den Polen.

Definition: Die Corioliskraft auf der Erde ist eine Scheinkraft, die aufgrund der Erdrotation bewegte Objekte auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links ablenkt.

Beispiele für die Corioliskraft

Die Corioliskraft lässt sich anhand verschiedener Beispiele veranschaulichen:

Wenn man einen Stein vom Äquator nach Wedel $in Norddeutschland$ werfen würde, würde dieser für den Beobachter einen Rechtsbogen machen. Dies liegt daran, dass die Radien der beiden Orte unterschiedlich sind. In der gleichen Zeit legt der Ort am Äquator aufgrund seines größeren Radius mehr Strecke zurück als Wedel.

Der geworfene Stein behält die Geschwindigkeit der Kreisbewegung seines Startorts $Äquator$ bei, zusätzlich zu seiner Geschwindigkeit in Richtung Wedel. Dadurch entsteht die scheinbare Abweichung nach rechts, die als Corioliseffekt bezeichnet wird.

Beispiel: Angenommen, der Stein fliegt 10 Minuten bis er "Wedel" erreicht. In diesen 10 Minuten legt der Ort am Äquator 100 km zurück, während Wedel nur 70 km zurücklegt. Da der Stein die Geschwindigkeit vom Äquator beibehält, fliegt er in den 10 Minuten auch 100 km und verfehlt so Wedel um 30 km.

Highlight: Der Corioliseffekt erklärt, warum bewegte Objekte auf der rotierenden Erde von ihrer erwarteten Bahn abweichen.

Corioliskraft auf einer Scheibe

Die Corioliskraft lässt sich auch auf einer rotierenden Scheibe beobachten, ähnlich wie auf der Erde:

Wenn man in der Mitte einer stehenden Scheibe eine Kugel gerade nach außen rollt, bewegt sie sich geradlinig. Dreht sich die Scheibe jedoch, macht die Kugel einen Bogen. Bei einer Drehung der Scheibe nach rechts rollt die Kugel scheinbar nach "links" weg und umgekehrt.

Dieses Phänomen funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie bei der Erde und dem geworfenen Stein. In der Mitte der Scheibe legt man in einer bestimmten Zeit weniger Strecke zurück als am Rand. Daher rollt die Kugel auch weniger weit in die Scheibendrehrichtung, da sie die Geschwindigkeit der Mitte beibehält.

Beispiel: Eine Kugel, die vom Mittelpunkt einer rotierenden Scheibe nach außen rollt, wird durch die Corioliskraft von ihrer geraden Bahn abgelenkt.

Highlight: Die Corioliskraft auf einer rotierenden Scheibe veranschaulicht das Prinzip der Ablenkung bewegter Objekte in rotierenden Bezugssystemen.

Foucaultsches Pendel

Das Foucaultsche Pendel ist ein faszinierendes Experiment, das die Erdrotation und die Wirkung der Corioliskraft demonstriert:

Es handelt sich um ein mathematisches Pendel, dessen Schwingungsebene sich im Laufe der Zeit in Abhängigkeit vom Breitengrad verändert. Dieses Pendel dient dem direkten Nachweis der Erdrotation.

Die Corioliskraft spielt beim Foucaultschen Pendel eine entscheidende Rolle. In beschleunigten Bezugssystemen wie der Erde wirken sogenannte Scheinkräfte, zu denen die Zentrifugalkraft und die Corioliskraft gehören. Während die Zentrifugalkraft beim Foucault-Pendel keine besondere Rolle spielt, ist die Corioliskraft dafür verantwortlich, dass sich die Schwingungsebene des Pendels dreht.

Definition: Das Foucaultsche Pendel ist ein Experiment, bei dem ein langes Pendel über einen längeren Zeitraum schwingt und dabei seine Schwingungsebene aufgrund der Erdrotation und der Corioliskraft verändert.

Highlight: Die Drehung der Schwingungsebene des Foucaultschen Pendels ist ein direkter Beweis für die Erdrotation und die Wirkung der Corioliskraft.

Das Foucaultsche Pendel

Das Kapitel erklärt das Foucaultsche Pendel als praktischen Nachweis der Erdrotation.

Definition: Das Foucaultsche Pendel ist ein mathematisches Pendel, das seine Schwingungsebene abhängig vom Breitengrad verändert.

Highlight: Die Corioliskraft ist verantwortlich für die Drehung der Schwingungsebene des Foucault-Pendels.

Was ist die Corioliskraft?

Die Corioliskraft ist eine Trägheitskraft, die in rotierenden Bezugssystemen wie der Erde auftritt. Sie bewirkt, dass sich bewegende Objekte von ihrer ursprünglichen Bahn abgelenkt werden.

In einem rotierenden System wie einer sich drehenden Scheibe oder der Erde bewegt sich ein Körper nicht geradlinig, sondern wird senkrecht zur Bewegungsrichtung abgelenkt. Diese Ablenkung wird durch die Coriolisbeschleunigung verursacht und als Wirkung einer seitlich einwirkenden Kraft interpretiert - der Corioliskraft.

Definition: Die Corioliskraft ist eine Scheinkraft in rotierenden Bezugssystemen, die bewegte Objekte senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung ablenkt.

Highlight: Die Corioliskraft ist keine echte physikalische Kraft, sondern eine Scheinkraft, die durch die Rotation des Bezugssystems entsteht.