PHYSIK compact - Basiswissen 5

Rotierendes Bezugssystem - Corioliskraft

Fachbezug

Lernziele

Inertialsystem, Trägheitskraft, Scheinkräfte, rotierende Bezugssysteme, Corioliskraft.

Aufgabe

Die Bewegung eines Balles und einer rotierenden Scheiben soll von zwei verschiedenen Standpunkten aus beschrieben werden: Für einen ruhenden Beobachter bewegt sich der Ball geradlinig und die Schreibe dreht sich mit gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit. Für einen mit der Scheibe mitbewegten Beobachter scheint die Scheibe zu ruhen, und der Ball bewegt sich auf einer "seltsam gekrümmten" Bahn...

Wir bewegen uns in ähnlicher Weise mit der Erde mit - die Ablenkung einer an sich geradlinig verlaufenden Bewegung spielt für uns daher eine wichtige Rolle.

In diesem Beispiel wird offensichtlich die Corioliskraft problematisiert: Für einen Beobachter, der sich mit dem Karussell mitbewegt, scheint eine Kraft den Ball senkrecht zu seiner Bahn abgelenkt zu haben. Diese Kraft ergibt sich aus der beobachteten Ablenkung s = r.ω.t (ω ... Winkelgeschwindigkeit des Karussells). Setzt man für r = v . t, so ergibt sich für s = v . ω . t2. Der Vergleich mit einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung s = 0.5 a t2 liefert für a = 2 ω . v. Aus dieser Coriolis- Beschleunigung kann die Corioliskraft F = m a = 2 m ω v angegeben werden.

Beachte bitte, dass die Corioliskraft wie die Zentrifugalkraft der Beschreibung eines Systems durch das Trägheitsgesetz (2. Newton'sches Axiom) widerspricht!

Bitte warte bis die Animation zur Gänze geladen wurde.

Aktivitäten

Ein Ball bewegt sich mit einer gleich bleibenden Geschwindigkeit von der Mitte eines rotierenden Karussells nach außen. Für die Dauer der Animation wird die Reibung vernachlässigt. Die Bewegung kann entweder von einem Beobachter "von außen", der gegenüber der Rotation des Karussells ruht, oder von einem Beobachter betrachtet werden, der sich auf dem Karussell mitbewegt.

  1. Beschreibe die Bewegung des Balles in beiden Fällen!
  2. Begründe die Bewegung des Balles in beiden Fällen mit physikalischen Gesetzen!
  3. Bei welcher Wahl des Bezugssystems ist es einfacher, die Bewegung des Balles zu beschreiben?

Weblinks

Physlet® - Davidson-College, W.Christian, M.Belloni, P.Krahmer et.al.