Zentripetalkraft
Definition
Basiswissen
Bewegt sich ein Körper ohne Einfluss äußerer Kräfte, dann folgt er immer einer geraden Linie. Nur wenn er eine Kraft von außen erfährt, kann seine Bewegungsrichtung von der Geraden abweichen. Eine Zentripetalkraft ist eine Kraft, die von außen so auf einen Körper einwirkt, dass dieser auf einer Kreisbahn bleibt.
Gedankenexperiment zur Zentripetalkraft
Man stelle sich vor, man schwebe frei in einem ansonsten leeren Weltraum. Eine Armlänge unterhalb des eigenen Körpers schwebe ein kleiner Gesteinsbrocken. Tippt man diesen Brocken kurz und schwach mit dem Finger an, wird er sich nach dem ersten Newtonschen Axiom einfach nur langsam geradeaus bewegen ohne dabei seine Geschwindigkeit zu ändern. Nun kann man ihn ständig kurz hintereinander antstoßen, sodass er im Endeffekt auf einer fast perfekten Kreisbahn fliegt. Die Kraft, die das bewirkt ist die Zentripetalkraft. Sie zeigt immer zur Mitte der Kreisbahn hin.
Formeln zur Zentripetalkraft
- Fz = mv²/r
- Fz = mwr
- Fz = ma
Legende
- Fz = die Zentripetalkraft, z. B. in Newton ↗
- m = zum Beispiel in Kilogramm, die Masse ↗
- r = zum Beispiel in Meter, der Bahnradius ↗
- v = zum Beispiel in m/s ist die Bahngeschwindigkeit ↗
- w = zum Beispiel in rad/s oder Grad/s Winkelgeschwindigkeit ↗
- a = zum Beispiel in m/s² die Zentripetalbeschleunigung ↗
- / = Divisions oder Geteiltzeichen ↗
- ² = Quadrat als hoch zwei ↗
Tipps
- Die Terme v²/r sowie wr stehen beide für die sogenannte Zentripetalbeschleunigung. Nach Newtons zweitem Axion (F=m·a) ist die Kraft gleich dem Produkt aus der Masse und der Beschleunigung. Multipliziert man also einen der Terme für die Zentripetalbeschleunigung mit der Masse des Körpers auf der Kreisbahn, dann erhält man darüber die Zentripetalkraft. Zum Hintergrund siehe auch zweites Newtonsches Axiom ↗