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Vorlesung 19: Roter Faden: Heute: Scheinkräfte: Zentrifugalkraft Corioliskraft Versuche: Rotierende Systeme, Foucault Pendel 16 Dezember 2003 Physik I, WS 03/04, Prof. W. de Boer 1 Zentrifugalkraft ist eine Scheinkraft, die nur in rotierenden Bezugssystemen auftritt. aZP=aZF=v2/r=2r 16 Dezember 2003 Physik I, WS 03/04, Prof. W. de Boer 2 Beispiele für Zentrifugalkraft Schwerelosigkeit: Gravitationskraft und Zentrifugalkraft heben sich auf. (Kräftefreier Raum) Erde=7.3 10-5 s-1 16 Dezember 2003 Physik I, WS 03/04, Prof. W. de Boer 3 Beispiele für Zentrifugalkraft Frage: wie groß muss Winkel sein, damit Auto auch bei Glatteis nicht aus der Kurve fliegt bei 200 km/h? 16 Dezember 2003 Physik I, WS 03/04, Prof. W. de Boer 4 Beispiele für Zentrifugalkraft Antwort: 16 Dezember 2003 Physik I, WS 03/04, Prof. W. de Boer 5 Corioliskraft ist eine zweite Scheinkraft, die auftritt wenn Körper sich im rotierenden Bezugssystem BEWEGT. s r v 16 Dezember 2003 Versuch mit Tennisball Auf rotierende Scheibe: Ball erreicht Ziel nicht! Es wirkt eine zusätzliche Kraft im rotierenden System (Scheinkraft!) Physik I, WS 03/04, Prof. W. de Boer 6 Berechnung der Corioliskraft anhand einer rotierenden Scheibe (Versuch!) Die Corioliskraft beschreibt die s Bewegung eines Körpers in einem r v rotierenden Bezugssystem. Die Kraft ist 2mv’ oder allgemein Fc=2m(v’x). r=vt s=rt=vt2 s=1/2 act2 oder aC= 2 v 16 Dezember 2003 v‘ ist die Geschwindigkeit, die ein Beobachter im rotierenden System misst, wenn er die Rotation seines Systems nicht berücksichtigt. v=Geschwindigkeit im Laborsystem. Beachte: Corioliskraft abhängig von v UND , weil Zentrifugalkraft nur abhängig von Physik I, WS 03/04, Prof. W. de Boer 7 Versuch: Corioliskraft 16 Dezember 2003 Physik I, WS 03/04, Prof. W. de Boer 8 Beispiel für Corioliskraft Corioliskraft gilt auch für Wind: dieser erfährt Abweichung nach rechts auf der Nordhalbkugel und nach links auf der Südhalbkugel. Luchtdrucktief erzeugt Wirbelsturm! Kanonenkugel vom NP abgeschossen in Richtung Ziel am Äquator kommt rechts vom Ziel an, weil das Ziel sich bewegt hat. Auf dem südlichen Halbkugel kommt die Kugel links vom Ziel an, d.h. die Scheinkraft verursacht Abweichung nach rechts auf nordl. Halbkugel und nach links auf dem südlichen Halbkugel. 16 Dezember 2003 Physik I, WS 03/04, Prof. W. de Boer 9 Versuch: Foucaultsches Pendel 16 Dezember 2003 Physik I, WS 03/04, Prof. W. de Boer 10 Auswertung: Foucaultsches Pendel 16 Dezember 2003 Physik I, WS 03/04, Prof. W. de Boer 11 Mechanische Stabilität Starrer Körper ist stabil, wenn alle Beschleunigungen null sind, d.h. acm=0 und = 0 gegenüber jede Rotationsachse. Beispiel Leiter. 16 Dezember 2003 Physik I, WS 03/04, Prof. W. de Boer 12 Zum Mitnehmen Scheinkräfte müssen zur Beschreibung der Bewegungen in einem beschleunigt bewegten (z.B. rotierenden) Bezugssystem herangezogen werden. Diese Scheinkräfte spiegeln nur die Beschleunigung des Bezugssystems wider und sind daher keine auf Wechselwirkungen beruhenden Kräfte. Für ein Bezugssystem mit konstanter Winkelgeschwindigkeit gibt es zwei Scheinkräfte: FZF=mx(rx) und FC=2mvx Zentrifugal - und Corioliskraft 16 Dezember 2003 Physik I, WS 03/04, Prof. W. de Boer 13
