Zentrifugalkraft: Trägheits- oder Scheinkräfte
Häufig werden Zentralkraft (Zentripetalkraft) und Zentrifugalkraft verwechselt. Die Zentrifugalkraft gehört zu den Trägheits- oder Scheinkräften. Im folgenden Versuch soll gezeigt werden, wann man von Trägheits- oder Scheinkräften spricht.
Versuch 1: Versuchsbeschreibung und -durchführung
Ein Wagen wird beschleunigt. Auf dem sehr glatten Wagenbogen befindet sich eine Kiste.
Versuchsbeobachtungen
Der Beobachter außerhalb des Wagens (rechts grün gezeichnet) stellt fest, dass an der Kiste keine Kräfte angreifen. Wegen der Trägheit der Kiste und der fehlenden Reibung bleibt sie ruhig liegen.
Eine mitfahrende Person (rechts blau gezeichnet) beobachtet eine Beschleunigung der Kiste. Nach seiner Ansicht wirkt auf sie folglich eine Kraft.
Versuchsergebnis
Für Beobachter in beschleunigten Bezugssystemen (Nichtinertialsystemen) können zusätzliche Scheinkräfte auftreten. Sie rühren von der Trägheit der Körper her und werden deshalb auch Trägheitskräfte genannt.
Nach dem dritten Newton’schen Gesetz gibt es zu jeder Kraft eine Gegenkraft. Für Scheinkräfte gilt dies jedoch nicht. Das dritte Newton’sche Gesetzgilt somit nur in nicht beschleunigten Systemen. Trotzdem haben Scheinkräfte für Beobachter in beschleunigten Bezugssystemen eine reale Existenz.
Versuch 2: Versuchsbeschreibung und -durchführung
Ein Wagen bewegt sich gleichförmig auf einer Kreisbahn
Versuchsbeobachtungen und -ergebnis
Ein Beobachter außerhalb des Wagens (rechts grün gezeichnet) erkennt, dass für die Bewegung des Wagens auf der Kreisbahn eine Kraft benötigt wird, die auf den Mittelpunkt des Kreises zeigt. Wäre diese Zentralkraft nicht vorhanden, würde der Wagen die Kreisbahn tangential verlassen.
Eine mitfahrende Person (rechts blau gezeichnet) spürt jedoch eine nach außen gerichtete Kraft.
Diese Zentrifugalkraft bemerken wir bei einer Kurvenfahrt im Auto. Würde dabei vom Auto keine Kraft auf den eigenen, trägen Körper ausgeübt werden, würden wir die Kreisbahn tangential verlassen. Die Kraft unseres Körpers auf das Auto nehmen wir als Zentrifugalkraftwahr. Die Zentrifugal- oder Fliehkraft besitzt den gleichen Betrag wie die Zentralkraft, ist aber entgegengesetzt gerichtet.
Bei Kräfteplänen müssen wir beachten, dass diese meist aus der Sicht des ruhenden Beobachters angegeben sind. Bei einer Kreisbewegung wird deshalb nur dann die Zentrifugalkraft statt der Zentralkraft ei8ngezeichnet sein, wenn die Betrachtung aus der Sicht des mitfahrenden, beschleunigten Beobachters erfolgt.