Geschwindigkeit bewegung Zentripetalkraft Schwerkraft Physiklehrer Motorradfahrer Halbkugel

Frage zur Zentralkraft

Von: , Frage gestellt am Do, 22. Apr 2004

Hallo Leute!

Bei uns kam heute in der Schule eine interessante Frage auf, die sogar durch die Physiklehrer unterschiedlich beantwortet wurde. Ich stell sie einfach mal hier hinein:

Ein Motorradfahrer fährt im inneren einer Halbkugel. Durch die Zentralkraft wird er in einer bestimmten Höhe an der Wand entlang fahren, konstante Geschwindigkeit vorausgesetzt. Nun soll sich die Hablkugel drehen, entgegen der Bewegungsrichtung des Motorradfahrers, mit der selben Geschwindigkeit, mit der der Motorradfahrer fährt. Für einen außenstehenden Beobachter verharrt der Motorradfahrer nun also auf der Stelle. Nun die Frage: Kann der Motorradfahrer weiterhin in derselben Höhe wie zuvor an der Wand "stehen" oder bewegt er sich zum Kugelmittelpunkt?
Ich bin gespannt auf eure Antworten,

Gruß, Holger

18 Antworten zu dieser Frage

1. Antwort von nach 9 Minuten 0 hilfreich

   Zentrifugalkraft

   Hi,
   
   du meinst wohl die Zentrifugalkraft. Sie tritt immer dann auf, wenn ein Körper von der gleichförmig geradlinigen Bewegung abgebracht wird (weil er weiter geradeaus will). Das ist bei einer Kreisbewegung natürlich permanent der Fall. Wenn die Halbkugel entgegengesetzt rotiert, ruht der Motorradfahrer, eine Zentrifugalkraft tritt nicht auf und er fällt daher herunter.
   
   Gruß
   Moriarty
   

   • Antwort von nach 4 Stunden 0 hilfreich

     Re: Zentrifugalkraft

     Hallo Moriarty,
     
     ob ich von Zentralkraft oder Zentrifugalkraft spreche ist ja eigentlich wurscht (wobei man wenn schon dann lieber von der Zentripetalkraft statt der Zentrifugalkraft sprechen sollte, da letztere ja eine Scheinkraft ist). Ich wollte einfach noch einmal ein paar Ansichten zu der Frage hören, da in der Schule die Hälfte aller Physiklehrer Runterfallen, die andere Auf-der-Stelle-Bleiben vorhergesagt haben. Meine Ansicht ist allerdings genau wie deine.
     
     Gruß, Holger [Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
     

     • Antwort von nach 4 Stunden 0 hilfreich

       Re^2: Zentrifugalkraft

       Hallo, ob ich von Zentralkraft oder Zentrifugalkraft spreche ist ja
       eigentlich wurscht (wobei man wenn schon dann lieber von der
       Zentripetalkraft statt der Zentrifugalkraft sprechen sollte,
       da letztere ja eine Scheinkraft ist). Ich wollte einfach noch
       einmal ein paar Ansichten zu der Frage hören, da in der Schule
       die Hälfte aller Physiklehrer Runterfallen, die andere
       Auf-der-Stelle-Bleiben vorhergesagt haben. Meine Ansicht ist
       allerdings genau wie deine.
       ja, und mit folgender eindeutiger Begründung:
       
       Das Herunterfallen ist ja wohl in diesem Falle eine Folge
       der Erdanziehung.
       Das bedeutet, daß die Erde das Bezugsystem darstellen muß, um
       die Bewegung des Motoradfahrers zu bewerten.
       Dann ist eindeutig, daß 2 gegenläufige(sich aufhebende) Bewegungen
       zum Stillstand (in Bezug zur Erde) führen.
       Die Relativbewegung zur Kugelfläche spielt dabei keine Rolle,
       weil diese keine relevante Masse mit meßbarer Anziehungskraft
       darstellt (aber die Erde schon).
       Gruß Uwi
       

       • Antwort von nach 9 Stunden 0 hilfreich

         Noch kniffliger

         Hallo Uwi, ja, und mit folgender eindeutiger Begründung:
         ...
         ganz sicher?
         
         Der Stuntman verfrachtet nun seine Maschine und seinen Halbkugel-Aufbau (den "normalen", also keine "rotierende Innenkugel") in ein Flugzeug und reist damit zum Nordpol. Dort verankert er seine Halbkugel fest in der Erde (bzw. im Eis :-)) und macht eine Trainingsfahrt. Dabei gibt er gerade so viel Gas, daß er eine halbe Umdrehung pro Sekunde in der Kugel macht. Seine Geschwindigkeit gemessen gegenüber den Bodenbrettern betrage im stabilen Endzustand seines Stunts 30 km/h, sein Winkel 75° gegen die Vertikale.
         
         Nach dem Ende der Vorführung gibt der Herrgott der Erde einen kräftigen Schubs, so daß sich ihre Eigenrotation von einer Umdrehung pro Tag auf eine halbe pro Sekunde erhöht. Der Stuntman versucht daraufhin, in seiner Halbkugel wiederum mit einer Geschwindigkeit von 30 km/h zu fahren, und zwar in "Westwärts-Richtung", d. h. "entgegen" der Erddrehung.
         
         Gelingt ihm das problemlos oder fällt er herunter?
         
         Gruß
         Martin
         
         PS: Ich kenne die Antwort.
         

         • Antwort von nach 20 Stunden 0 hilfreich

           Re: Noch kniffliger

           Hallo Uwi, ja, und mit folgender eindeutiger Begründung:
           ...
           ganz sicher?
           
           Der Stuntman verfrachtet nun seine Maschine und seinen
           Halbkugel-Aufbau (den "normalen", also keine
           "rotierende Innenkugel") in ein Flugzeug und reist damit zum
           Nordpol. Dort verankert er seine Halbkugel fest in der Erde
           (bzw. im Eis :-)) und macht eine Trainingsfahrt. Dabei gibt
           er gerade so viel Gas, daß er eine halbe Umdrehung pro Sekunde
           in der Kugel macht. Seine Geschwindigkeit gemessen gegenüber
           den Bodenbrettern betrage im stabilen Endzustand seines Stunts
           30 km/h, sein Winkel 75° gegen die Vertikale.
           
           Nach dem Ende der Vorführung gibt der Herrgott der Erde einen
           kräftigen Schubs, so daß sich ihre Eigenrotation von einer
           Umdrehung pro Tag auf eine halbe pro Sekunde erhöht. Der
           Stuntman versucht daraufhin, in seiner Halbkugel wiederum mit
           einer Geschwindigkeit von 30 km/h zu fahren, und zwar in
           "Westwärts-Richtung", d. h. "entgegen" der Erddrehung.
           
           Gelingt ihm das problemlos oder fällt er herunter?
           
           ICh glaube es spielt keine rolle ob unten an der Halbkugel noch die Erde oder ein sonstiger Antrieb hängt.
           Es wäre wohl anzunehmen das die erde bei einer solchen Rotationsgeschwindigkeit ziemlich flach aussehen würde, oder?
           Es müsste auch zu einer deutlichen Reduktion der Schwerkraft in äquator nahen Gebieten kommen (hat wohl nix mit der frage zu tun, aber ist das richtig?)
           

           • Antwort von nach 22 Stunden 0 hilfreich

             Re^2: Noch kniffliger

             Gelingt ihm das problemlos oder fällt er herunter?
             
             ICh glaube es spielt keine rolle ob unten an der Halbkugel
             noch die Erde oder ein sonstiger Antrieb hängt.
             Auf jeden Fall muß sich unter der Halbkugel eine Masse befinden, damit sich der Stuntman mit seiner Halbkugel überhaupt in einem Gravitationsfeld befindet. Ein solches ist zwingend notwendig. Beachte: Schon in dem Moment, wo wir unter der Halbkugel schreiben, setzen wir damit implizit die Existenz eines Gravitationsfeldes voraus, denn "unten" und "oben" bezeichnen Richtungen eines Schwerkraft-Feldstärkevektors. Oder anders ausgedrückt: Bei nichtvorhandenem Gravitationsfeld gibt es kein oben–unten. Es wäre wohl anzunehmen das die erde bei einer solchen
             Rotationsgeschwindigkeit ziemlich flach aussehen würde, oder?
             Sie würde augenblicklich auseinanderfliegen. Es müsste auch zu einer deutlichen Reduktion der Schwerkraft
             in äquator nahen Gebieten kommen
             Warum rechnest Du's nicht aus? Die Zentripetalbeschleunigung ist allgemein gegeben durch (2 pi/T)² * R, das macht in unserem Fall (R = Erdradius)
             
             (2 pi/(2 s))² * 6374000 m = ca. 6.3E7 m/s².
             
             Ergebnis: Am Äquator stehen einem Gravitations-g nach unten ca. 6.4 Millionen Fliehkraft-g nach oben gegenüber. "Deutliche Reduktion der Schwerkraft" ist angesichts dessen äußerst milde ausgedrückt ;-).
             
             Gruß
             Martin
             

           • Antwort von nach 22 Stunden 0 hilfreich

             Re^3: Noch kniffliger

             Gelingt ihm das problemlos oder fällt er herunter?
             
             ICh glaube es spielt keine rolle ob unten an der Halbkugel
             noch die Erde oder ein sonstiger Antrieb hängt.
             Auf jeden Fall muß sich unter der Halbkugel eine Masse
             befinden, damit sich der Stuntman mit seiner Halbkugel
             überhaupt in einem Gravitationsfeld befindet. Ein solches ist
             zwingend notwendig. Beachte: Schon in dem Moment, wo wir
             unter der Halbkugel schreiben, setzen wir damit
             implizit die Existenz eines Gravitationsfeldes voraus, denn
             "unten" und "oben" bezeichnen Richtungen eines
             Schwerkraft-Feldstärkevektors. Oder anders ausgedrückt: Bei
             nichtvorhandenem Gravitationsfeld gibt es kein oben–unten.
             Was ich sagen wollte, ist wenn die erde mit dieser halbkugel mitrotieren würde, würde der motorradfahrer trotz der in diesem fall vorhandenen relativgeschwindigkeit zur erde runterfallen.
             Die erde ist in diesem fall das falsche bezugssystem. Es müsste auch zu einer deutlichen Reduktion der Schwerkraft
             in äquator nahen Gebieten kommen
             (2 pi/(2 s))² * 6374000 m = ca. 6.3E7 m/s².
             Ergebnis: Am Äquator stehen einem Gravitations-g nach unten
             ca. 6.4 Millionen Fliehkraft-g nach oben gegenüber.
             "Deutliche Reduktion der Schwerkraft" ist angesichts dessen
             äußerst milde ausgedrückt ;-).
             lol
             

     • Antwort von nach 21 Stunden 0 hilfreich

       Na, na...

       Hallo,
       
       Freitagnachmittag, muss noch etwas Pedanterie walten lassen: ob ich von Zentralkraft oder Zentrifugalkraft spreche ist ja
       eigentlich wurscht
       Zentralkraft ist mir unbekannt. Zentrifugalkraft ist der Begriff für das, was Du da beschreibst. (wobei man wenn schon dann lieber von der
       Zentripetalkraft statt der Zentrifugalkraft sprechen sollte,
       da letztere ja eine Scheinkraft ist).
       Aber dann bitte umgekehrt. Die Zentripetalkraft ist die, die den Motorradfahrer in die Mitte drückt, also der Zentrifugalkraft genau entgegenwirkt.
       
       Vampy
       

       • Antwort von nach 23 Stunden 0 hilfreich

         Re: Na, na...

         Hallo,
         
         Freitagnachmittag, muss noch etwas Pedanterie walten lassen: ob ich von Zentralkraft oder Zentrifugalkraft spreche ist ja
         eigentlich wurscht
         Zentralkraft ist mir unbekannt. Zentrifugalkraft ist der
         Begriff für das, was Du da beschreibst.
         
         Der Definition nach ist "Zentralkraft" eine Kraft, die ständig zu ein und demselben Zentrum gerichtet ist. Diesen Ausdruck hab ich verwendet um das Problem Zentripetal-/Zentrifugalfugalkraft zum umgehen, mit geringem Erfolg wies scheint... ;-) (wobei man wenn schon dann lieber von der
         Zentripetalkraft statt der Zentrifugalkraft sprechen sollte,
         da letztere ja eine Scheinkraft ist).
         Aber dann bitte umgekehrt. Die Zentripetalkraft ist die, die
         den Motorradfahrer in die Mitte drückt, also der
         Zentrifugalkraft genau entgegenwirkt.
         
         Vampy
         Die Zentripetalkraft ist dafür verantwortlich, dass sich der Motorradfahrer überhaupt auf einer Kreisbahn bewegt. Sie ist nötig, da durch die Trägheit der Masse (des Motorradfahrers) die - Scheinkraft - Zentrifugalkraft hervorgerufen wird.
         
         Gruß, Holger
         

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