Elementare Ursache von Kräften auf Objekte

tell dir einen Sitz an einer Kette vor, der im Kreis schwingt. In diesem System gibt es keine Kraft, die von vornherein „Zentripetalkraft“ heißt. Es gibt nur zwei reale Akteure:

Die Gewichtskraft (F_G): Die Erde zieht den Sitz senkrecht nach unten. (Echte Kraft: Gravitation).
Die Zugkraft der Kette (F_Z): Die Kette zieht den Sitz schräg nach oben in Richtung der Aufhängung. (Echte Kraft: Mechanische Spannung).
 

Rudi Knoth schrieb:

tell dir einen Sitz an einer Kette vor, der im Kreis schwingt. In diesem System gibt es keine Kraft, die von vornherein „Zentripetalkraft“ heißt. Es gibt nur zwei reale Akteure:

Die Gewichtskraft (F_G): Die Erde zieht den Sitz senkrecht nach unten. (Echte Kraft: Gravitation).
Die Zugkraft der Kette (F_Z): Die Kette zieht den Sitz schräg nach oben in Richtung der Aufhängung. (Echte Kraft: Mechanische Spannung).
 

Für einen Beobachter, der neben dem Kettenkarussell steht, wirkt auf den Sitz eine Kraft, die diesen auf eine Kreisbahn also einer beschleunigten Bahn "zwingt". Dies ist die Zentripetalkraft. Nun gibt es noch die Gravitation, die den Sitz in Richtung Erdmittelpunkt zieht. Diese muß die Kette mit einer Kraft nach Oben ausgleichen (reaktio) und die Zentripetalkraft für die Kreisbewegung herstellen. Und die Summe beider Kräfte (entgegen der Gravitation und Zentripetalkraft) muß die Kette aufbringen.

Für die Person im Sitz wirkt die Gravitation nach unten und die Zentrifugalkraft nach Außen und er selber spürt dann die Wirkung beider Kräfte, entgegen die die Kette wirkt.

Gruß
Rudi Knoth

FabsOtX schrieb:

Was die Person im Karussell spürt, ist ihr eigenes Bestreben, geradeaus zu fliegen (Trägheit).

Eclipse4 schrieb:

FabsOtX schrieb:

Was die Person im Karussell spürt, ist ihr eigenes Bestreben, geradeaus zu fliegen (Trägheit).

Aber nicht doch.... die Person im Kettenkarussell ist ganz passiv und nicht bestrebt irgendwo hin zu fliegen, sondern in ihrem Ruhesystem zu bleiben wo sie ist. Aber es wirken Kräfte auf sie, die sie natürlich spürt. Ganz deutlich beim Anfahren und dann auch permanent während der Fahrt. Die Zentripetalbeschleunigung aufgrund der Zentripetalkraft zum Beispiel. So wird sie vom Sitz ständig aus ihrem Ruhesystem gedrückt.

Du tust gerade so, als wollte sie mit ihrem Bestreben das Karussell antreiben, so wie jemand die Wand umwerfen will gegen die er läuft.

Gemini schrieb:
Um das Prinzip Karussell wirklich zu verstehen, müssen wir uns von der Vorstellung lösen, dass etwas die Sitze nach außen „drückt“. In der Physik ist das Gegenteil der Fall: Alles will eigentlich geradeaus, wird aber nach innen gezwungen.

Hier ist der Ablauf von der ersten Sekunde an:

1. Der Start: Das Trägheitsgesetz
Bevor sich das Karussell dreht, hängen die Sitze senkrecht nach unten. Die Gewichtskraft wird komplett durch die Kettenspannung ausgeglichen.

Sobald der Motor anläuft, beginnt die Aufhängung oben, sich auf einer Kreisbahn zu bewegen.

Was der Sitz will: Laut Newtons erstem Gesetz (Trägheit) will der Sitz an seinem Ort bleiben oder sich geradlinig weiterbewegen.

Was passiert: Da die Kette oben weggezogen wird, entsteht ein Winkel. Der Sitz „hinkt“ der Aufhängung hinterher.

2. Warum fliegen sie „nach außen“? (Die große Täuschung)
Das ist der Punkt, an dem die meisten Menschen die Zentrifugalkraft als aktive Kraft missverstehen.

Stell dir vor, du rennst an einer Leine geradeaus. Plötzlich zieht jemand die Leine zur Seite. Du willst immer noch geradeaus rennen.

Im Karussell will der Sitz in jedem Moment tangential (geradeaus) wegfliegen.

Da die Kette ihn aber festhält und zur Mitte zieht, kann er nicht geradeaus.

Das „Nach-außen-Wandern“ ist in Wahrheit nur das Ergebnis davon, dass der Sitz versucht, seine geradlinige Bahn beizubehalten, während die Mitte des Karussells ihn ständig auf eine Kurve zwingt. Je schneller die Drehung, desto stärker will der Sitz geradeaus – und desto weiter wandert er nach außen, bis die Kette ihn mit genug Kraft wieder nach innen ziehen kann.

3. Die Kräfte-Kombination (Zentripetalkraft)
Sobald das Karussell eine konstante Geschwindigkeit hat, stellt sich ein Gleichgewicht der echten Kräfte ein. Es gibt nur zwei:

Gewichtskraft ($F_G$): Zieht den Sitz nach unten.

Kettenspannung ($F_Z$): Zieht den Sitz schräg nach oben zur Aufhängung.

Diese schräge Kettenspannung lässt sich mathematisch in zwei Teile (Komponenten) zerlegen:

Ein Teil zieht nach oben und hält den Sitz gegen die Schwerkraft in der Luft.

Ein Teil zieht horizontal nach innen (zum Zentrum). Das ist die Zentripetalkraft.

4. Das Paradoxon der Beschleunigung
Obwohl das Karussell vielleicht mit konstanter Geschwindigkeit dreht, ist es eine beschleunigte Bewegung. Warum? Weil sich die Richtung der Geschwindigkeit in jedem Bruchteil einer Sekunde ändert.

Um eine Richtung zu ändern, braucht man zwingend eine Kraft, die quer zur Flugrichtung wirkt. Das ist die Kette.

Zusammenfassung: Warum „fliegen“ sie raus?
Sie fliegen nicht raus, sie werden „reingezogen“.

Die Trägheit will den Sitz auf einer geraden Linie aus dem Karussell rausführen.

Die Kettenspannung ist die einzige reale Kraft, die den Sitz daran hindert und ihn auf die Kreisbahn zwingt.

Der Sitz landet genau an dem Punkt, an dem die horizontale Komponente der Kettenspannung exakt groß genug ist, um die Masse des Sitzes auf die Kurve zu zwingen. Würde die Kette reißen, gäbe es keine Kraft nach außen, die den Sitz weiter wegdrückt – er würde einfach exakt an der Stelle, wo er gerade ist, tangential (geradeaus) davonfliegen.


 

Ich habe dir doch aufgeschrieben, mit Erklärung was du berechnen musst, wie genau die Zentripetalkraft in der Klassischen Mechanik zustande kommt. Meinen Text kannst du so kopieren und bei der Prüfung abgeben, du wirst für diese Aufgabe dann die volle Punktzahl erhalten.

Glaub was du willst solange du nicht versuchts diesen Quatsch unter die Leute zu bringen oder als Mechaniker arbeiten willst, gefährdest du damit ja niemanden.
 

Was die Person im Karussell spürt, ist ihr eigenes Bestreben, geradeaus zu fliegen (Trägheit). Dieses Gefühl „Kraft“ zu nennen, ist so, als würde man den Widerstand einer Wand beim Dagegen laufen als „Wandkraft“ bezeichnen, die einen aktiv angreift.

 

Die Newtonsche Mechanik ist kein Lila Laune Land es gibt Abhängigkeiten die beachtet werden müssen und solange ihr diese nicht kennt bringt das ganz sowieso nichts.   

Sorry! aber ich Persönlich scheine ja nicht gegen eure Ignoranz anzukommen.

FabsOtX schrieb:

Eclipse4 schrieb:

FabsOtX schrieb:

Was die Person im Karussell spürt, ist ihr eigenes Bestreben, geradeaus zu fliegen (Trägheit).

Aber nicht doch.... die Person im Kettenkarussell ist ganz passiv und nicht bestrebt irgendwo hin zu fliegen, sondern in ihrem Ruhesystem zu bleiben wo sie ist. Aber es wirken Kräfte auf sie, die sie natürlich spürt. Ganz deutlich beim Anfahren und dann auch permanent während der Fahrt. Die Zentripetalbeschleunigung aufgrund der Zentripetalkraft zum Beispiel. So wird sie vom Sitz ständig aus ihrem Ruhesystem gedrückt.

Du tust gerade so, als wollte sie mit ihrem Bestreben das Karussell antreiben, so wie jemand die Wand umwerfen will gegen die er läuft.

Sorry! aber ich alleine scheine ja nicht gegen eure Ignoranz anzukommen.

Gemini schrieb: Um das Prinzip Karussell wirklich zu verstehen, müssen wir uns von der Vorstellung lösen, dass etwas die Sitze nach außen „drückt“. In der Physik ist das Gegenteil der Fall: Alles will eigentlich geradeaus, wird aber nach innen gezwungen.

Eclipse4 schrieb:

.... Das ist doch genau was ich sage: Die Person wird durch eine Kraft gezwungen. Sie spürt nicht ihr eigenes Bestreben, wie du es auffasst. Sie spürt die Kraft, durch die sie beschleunigt wird. Beim Anfahren zunächst nur tangential nach vorne, und weil das Karussell ein Kreis ist dann auch radial nach innen.

FabsOtX schrieb:

Eclipse4 schrieb:

.... Das ist doch genau was ich sage: Die Person wird durch eine Kraft gezwungen. Sie spürt nicht ihr eigenes Bestreben, wie du es auffasst. Sie spürt die Kraft, durch die sie beschleunigt wird. Beim Anfahren zunächst nur tangential nach vorne, und weil das Karussell ein Kreis ist dann auch radial nach innen.


 

Das ist doch genau was ich sage !!!

Eclipse4 schrieb:

... Worauf willst du denn hinaus mit der Trägheit?

Du behauptest, man spüre die Kraft des Sitzes. Ich sage dir: Du spürst die Trägheit. Eine Kraft an sich kann man nicht spüren – man spürt nur die Wechselwirkung zwischen einer äußeren Kraft und dem Widerstand der eigenen Masse.
 

Stell dir vor, du hättest keine Trägheit (Masse = 0). Dann könnte der Sitz dich mit Lichtgeschwindigkeit im Kreis jagen und du würdest absolut nichts spüren, weil kein Widerstand da wäre. Der Druck, den du im Karussell wahrnimmst, ist nichts anderes als das 'Meckern' deiner eigenen Masse, die eigentlich geradeaus will, aber vom Sitz nach innen gezwungen wird.
 

Die Trägheit ist der Grund, warum die Zentripetalkraft überhaupt nötig ist. Ohne das Bestreben deiner Masse, tangential wegzufliegen, bräuchte man keine Kette und keinen Sitz, um dich auf der Bahn zu halten.
 

FabsOtX schrieb:

Eclipse4 schrieb:

... Worauf willst du denn hinaus mit der Trägheit?

Auf das 1. Newtonsche Axiom, das Fundament deiner gesamten Argumentation.

Du behauptest, man spüre die Kraft des Sitzes. Ich sage dir: Du spürst die Trägheit. Eine Kraft an sich kann man nicht spüren – man spürt nur die Wechselwirkung zwischen einer äußeren Kraft und dem Widerstand der eigenen Masse.

Kraft ist die Ursache der Beschleunigung
Trägheit ist die Ursache für den Druck, den du dabei empfindest.

Rudi Knoth schrieb:

Nein die Zentripetalkraft dient dazu, eine Masse auf einer Kreisbahn zu halten. Dies kann auch die Gravitation oder auch eine elektrostatische kraft sein. 

Gruß
Rudi Knoth

Eclipse4 schrieb:

... Auf den ersten Blick Haarspalterei, aber hat was, wenn man es ganz genau nehmen will.

FabsOtX schrieb:

Stell dir einen Sitz an einer Kette vor, der im Kreis schwingt. In diesem System gibt es keine Kraft, die von vornherein „Zentripetalkraft“ heißt. Es gibt nur zwei reale Akteure:

Die Gewichtskraft (F_G): Die Erde zieht den Sitz senkrecht nach unten. (Echte Kraft: Gravitation).
Die Zugkraft der Kette (F_Z): Die Kette zieht den Sitz schräg nach oben in Richtung der Aufhängung. (Echte Kraft: Mechanische Spannung).

Keine dieser beiden Kräfte zeigt direkt zum Zentrum der Kreisbewegung. Aber wenn man sie als Vektoren addiert, passiert etwas Magisches:

Die vertikale Komponente der Kettenspannung hebt die Schwerkraft genau auf (damit der Sitz nicht runterfällt).

Es bleibt eine horizontale Komponente der Kettenspannung übrig, die genau zum Mittelpunkt des Kreises zeigt.

Diese übrig gebliebene Kraftkomponente der Kettenspannung ist die Zentripetalkraft.