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Einfach erklärt: Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft, Formel und Beispiele

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Einfach erklärt: Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft, Formel und Beispiele
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Die Zentripetalkraft ist eine grundlegende Kraft in der Physik, die bei Kreisbewegungen auftritt. Sie wirkt stets zum Mittelpunkt des Kreises und ist notwendig, um ein Objekt auf einer Kreisbahn zu halten.

  • Die Zentripetalkraft Formel lautet F_z = m*v^2/r
  • Sie hängt von der Masse, Geschwindigkeit und dem Radius der Kreisbahn ab
  • Ohne Zentripetalkraft würde sich ein Objekt geradlinig weiterbewegen
  • Die Zentripetalkraft steht im Gegensatz zur Zentrifugalkraft
  • Praktische Beispiele sind Karussellfahren oder ein Ventilator

20.3.2021

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Bestätigungsversuch ₂ Messung: Berechnung: m.v Beispiel: = 0,92 damit notwendiges F₂ Drehscheibe F₂: 0,8 N را : 0,15 m. M: 0,152 kg T: 1,03

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Kreisbewegungen und ihre Eigenschaften

Dieser Abschnitt behandelt die grundlegenden Eigenschaften von Kreisbewegungen und erklärt, warum eine Zentripetalkraft notwendig ist.

Example: Alltägliche Beispiele für Kreisbewegungen sind Karussellfahren, ein Ventilator oder eine Waschtrommel.

Bei Kreisbewegungen ändert sich der Geschwindigkeitsvektor ständig, auch wenn der Betrag konstant bleibt. Dies liegt daran, dass sich die Richtung des Vektors kontinuierlich ändert.

Vocabulary: Der Geschwindigkeitsvektor gibt zu jedem Zeitpunkt Betrag und Richtung der Geschwindigkeit an.

Eine wichtige Erkenntnis ist, dass ohne eine Kraft die Bewegung geradlinig wäre. Daher muss ständig eine Kraft auf das kreisende Objekt ausgeübt werden, um es auf der Kreisbahn zu halten. Diese Kraft ist die Zentripetalkraft.

Highlight: Die Zentripetalkraft wirkt immer zum Mittelpunkt des Kreises hin.

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Die Zentripetalkraft-Formel

In diesem Teil wird die Zentripetalkraft Formel hergeleitet und erklärt. Die Formel beschreibt die notwendige Kraft, um ein Objekt auf einer Kreisbahn zu halten.

Definition: Die Zentripetalkraft-Formel lautet: F_z = m * v^2 / r

Dabei steht:

  • F_z für die Zentripetalkraft
  • m für die Masse des Objekts
  • v für die Geschwindigkeit
  • r für den Radius der Kreisbahn

Die Formel zeigt wichtige Zusammenhänge:

  • Je größer die Masse, desto größer die notwendige Zentripetalkraft
  • Je größer die Geschwindigkeit, desto größer die Zentripetalkraft
  • Je größer der Radius, desto kleiner die Zentripetalkraft (bei konstanter Geschwindigkeit)

Highlight: Die Einheiten der Formel stimmen überein: [N] = [kg] * [m/s]^2 / [m]

Diese Formel ist fundamental für das Verständnis von Kreisbewegungen und findet Anwendung in vielen Bereichen der Physik, von der Planetenbewegung bis hin zu technischen Anwendungen.

Bestätigungsversuch ₂ Messung: Berechnung: m.v Beispiel: = 0,92 damit notwendiges F₂ Drehscheibe F₂: 0,8 N را : 0,15 m. M: 0,152 kg T: 1,03

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Bestätigungsversuch zur Zentripetalkraft

In diesem Abschnitt wird ein Experiment zur Überprüfung der Zentripetalkraft Formel beschrieben. Dabei wird ein Gummistopper auf einer Drehscheibe verwendet.

Example: Ein Gummistopper mit Masse 0,152 kg wird auf einer Drehscheibe mit Radius 0,15 m und Umlaufzeit 1,03 s bewegt. Die berechnete Zentripetalkraft beträgt 0,86 N, was gut mit dem gemessenen Wert von 0,8 N übereinstimmt.

Highlight: Die Übereinstimmung von Messung und Berechnung bestätigt die Gültigkeit der Zentripetalkraft-Formel im Rahmen der Messgenauigkeit.

Der Versuch zeigt auch, dass die Zentripetalkraft durch die Haftkraft zwischen Gummistopper und Scheibe realisiert wird. Wenn die notwendige Zentripetalkraft größer als die Haftkraft wird, fliegt der Gummistopper von der Scheibe.

Definition: Die Zentripetalkraft muss kleiner oder gleich der Haftkraft sein, damit der Gummistopper auf der Kreisbahn bleibt: F_z ≤ F_haft

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Die Zentripetalkraft-Formel

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Die Formel zeigt wichtige Zusammenhänge:

  • Je größer die Masse, desto größer die notwendige Zentripetalkraft
  • Je größer die Geschwindigkeit, desto größer die Zentripetalkraft
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