Kinematik der Rotationsbewegungen

Beispiele für Kreisbewegungen: Kurvenfahrt, Karussell, Achterbahn, Satellitenbewegung, etc.

Auf einer Kreisbahn ändert die Geschwindigkeit \( \vec{ v } \) eines Körpers ständig ihre Richtung. Jede Kreisbewegung ist daher beschleunigt.

Die gleichförmige Kreisbewegung

Eine Kreisbewegung heißt gleichförmig, wenn der Betrag \(| \vec{ v } |\)  der Bahngeschwindigkeit konstant ist:

\(v = | \vec{ v } | = \frac{\Delta s}{\Delta t} = konstant \)

Auch gleichförmige Kreisbewegungen sind beschleunigte Bewegungen.

Umlaufdauer T

Unter der Umlaufdauer T versteht man die Zeit für eine volle Umdrehung.

\([T] = 1\:s \)

Frequenz f

Ist \(n \)  die Anzahl der Umläufe und \( \Delta{t} \) die dafür benötigte Zeit, so gilt:

\( f= \frac{n}{\Delta t} \qquad{ [f] =\frac{1}{s}}\)

Folgerung:

\( n=1 \rightarrow \Delta t =T\rightarrow f=\frac{1}{T}\)

Winkelgeschwindigkeit ω

\( \omega=\frac{\Delta \varphi }{\Delta t}=konstant \qquad [\omega ]=\frac{1}{s} \)

Folgerung:

\( \Delta t=T\rightarrow \Delta \varphi =2 \pi \rightarrow \omega=\frac{2 \pi}{T}= 2\pi \cdot \frac{1}{T} =2 \pi f \)

Bahngeschwindigkeit v

\(v = | \vec{ v } | = \frac{\Delta s}{\Delta t} =\frac{2 \pi r}{T}=\frac{2\pi}{T}\cdot r=\omega \cdot r  \)

çài·§

1 Berechnen Sie für den Stunden-, Minuten- und Sekundenzeiger einer Analoguhr die zugehörigen Winkelgeschwindigkeiten.

2 Wie lang müsste der Minutenzeiger einer Uhr sein, damit sich seine Spitze mit Schallgeschwindigkeit \( (c = 330 \frac{m}{s}) \) bewegen würde?

3 Bei einer Ultrazentrifuge erreicht ein Teilchen, das sich bei einem Radius von 15 cm an der Innenwand des Rotors befindet eine Geschwindigkeit von 1000 km/h. Berechnen Sie die Anzahl der Umdrehungen pro Minute

Lösungen

ω1=15·105s1\(\omega_1=15\cdot 10^{-5} s^{-1} ω2=1,7·103s1\omega_2=1,7\cdot 10^{-3} s^{-1} ω3=10·102s1\omega_3=10\cdot 10^{-2} s^{-1}\)

 

v=189km\( v=189 km\)

 

n=1,8·104\( n=1,8\cdot 10^4\)