Zentrifugalkraft vs. Zentripetalkraft

Die Zentrifugalkraft (lateinisch für "Flucht in der Mitte") beschreibt die Tendenz eines Objekts, einem gekrümmten Pfad zu folgen, von der Mitte der Kurve weg nach außen zu fliegen. Es ist nicht wirklich eine Kraft; es resultiert aus der Trägheit - der Tendenz eines Objekts, sich jeder Änderung seines Ruhe- oder Bewegungszustands zu widersetzen. Die Zentripetalkraft ist eine reale Kraft, die der Zentrifugalkraft entgegenwirkt und verhindert, dass das Objekt "herausfliegt", indem es sich stattdessen mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit entlang einer Kreisbahn bewegt.

Vergleichstabelle

Vergleichstabelle Zentrifugalkraft gegen Zentripetalkraft
Zentrifugalkraft Zentripetalkraft
BedeutungTendenz eines Objekts, einem gekrümmten Pfad zu folgen, vom Krümmungszentrum wegzufliegen. Könnte als "Mangel an Zentripetalkraft" beschrieben werden.Die Kraft, die ein Objekt mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit auf einer Kreisbahn in Bewegung hält.
RichtungEntlang des Radius des Kreises von der Mitte zum Objekt.Entlang des Radius des Kreises vom Objekt zur Mitte.
BeispielSchlamm fliegt von einem Reifen; Kinder auf einem Kreisverkehr hinausgeschoben.Satellit umkreist einen Planeten
FormelFc = mv2 / rFc = mv2 / r
Definiert vonChistiaan Hygens im Jahre 1659Isaac Newton im Jahre 1684
Ist es eine echte Kraft?Nein; Die Zentrifugalkraft ist die Trägheit der Bewegung.Ja; Die Zentripetalkraft verhindert, dass das Objekt "herausfliegt".

Kräfte und Trägheit

Die Zentrifugalkraft ist keine „echte“ Kraft - die Tendenz, nach außen zu fliegen, wird beobachtet, da Objekte, die sich in einer geraden Linie bewegen, dazu neigen, sich in einer geraden Linie weiter zu bewegen. Dies wird als Trägheit bezeichnet und macht Objekte widerstandsfähig gegen die Kraft, mit der sie sich in einer Kurve bewegen.

Die Zentripetalkraft ist eine "echte" Kraft. Es zieht das Objekt zur Mitte hin an und verhindert, dass es "herausfliegt". Die Quelle der Zentripetalkraft hängt vom jeweiligen Objekt ab. Bei Satelliten im Orbit kommt die Kraft von der Schwerkraft. Wenn ein Objekt an einem Seil herumgeschwenkt wird, wird die Zentripetalkraft durch die Spannung im Seil bereitgestellt, und bei einem sich drehenden Objekt wird die Kraft durch innere Spannung bereitgestellt. Bei einem Auto, das sich entlang eines Bogens bewegt, kommt die Zentripetalkraft von der Reibung zwischen den Autoreifen und der Straße.

Wenn sich ein Objekt richtig dreht, sind sowohl die Zentrifugal- als auch die Zentripetalkraft gleich, sodass sich das Objekt nicht in Richtung des Rotationszentrums oder von diesem nach außen bewegt. Der Abstand zum Zentrum bleibt konstant.

Richtung

Richtung der Zentripetalkraft und -geschwindigkeit

Die Zentripetalkraft ist vom Objekt zum Rotationszentrum nach innen gerichtet. Technisch ist es orthogonal zur Geschwindigkeit des Körpers auf den festen Punkt des augenblicklichen Krümmungszentrums des Pfades gerichtet.

Die Zentrifugalkraft ist nach außen gerichtet; in der gleichen Richtung wie die Geschwindigkeit des Objekts. Bei Kreisbewegungen ist die Geschwindigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt tangential zum Bewegungsbogen.

Formel

Beide Kräfte werden nach der gleichen Formel berechnet:

wobei a c die zentripetale Beschleunigung ist, m die Masse des Objekts ist, das sich mit der Geschwindigkeit v entlang eines Pfades mit dem Krümmungsradius r bewegt.

Beispiele für Zentrifugalkraft vs. Zentripetalkraft

Einige häufige Beispiele für Zentrifugalkraft bei der Arbeit sind Schlamm, der von einem Reifen fliegt, und Kinder, die eine Kraft spüren, die sie beim Drehen auf einem Kreisverkehr nach außen drückt.

Ein wichtiges Beispiel für die Zentripetalkraft ist die Rotation von Satelliten um einen Planeten.

Achterbahn, ein Beispiel für die zentripetale Kraft in Aktion

Ein Satellit, der den Planeten umkreist, indem er die Zentripetalkraft anwendet.

Darstellung der Zentripetalkraft (roter Vektor mit der Bezeichnung FT, die Spannungskraft im Seil). Wenn das Seil geschnitten wird, wirkt die Zentripetalkraft (Spannung im Seil) nicht mehr auf das Objekt. Es wird also von FT nicht mehr auf dieser Kreisbahn gehalten und fliegt auf einer Tangente davon.

Anwendungen

Das Wissen über Zentrifugal- und Zentripetalkräfte kann auf viele alltägliche Probleme angewendet werden. Beispielsweise wird es beim Entwerfen von Straßen verwendet, um ein Schleudern zu verhindern und die Traktion auf Kurven und Zufahrtsrampen zu verbessern. Es ermöglichte auch die Erfindung der Zentrifuge, die in Flüssigkeit suspendierte Partikel durch Drehen von Reagenzgläsern bei hohen Geschwindigkeiten abtrennt.

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