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Kreisbewegung
Begriffe und Definitionen:
1.
Bahngeschwindigkeit
Bei einer gleichförmigen Kreisbewegung ist v=const., d.h. in gleichen Zeitabschnitten werden gleich große Kreisbögen Ds durchlaufen.
Definition:
Die Kreisbewegung eines
Massenpunkts heißt gleichförmig, wenn der Betrag v seiner Bahngeschwindigkeit
konstant ist.
2.
Umlaufdauer T
Definition:
Die Zeit, die der Massenpunkt für
einen Umlauf auf der Kreisbahn braucht, wird Umlaufdauer T genannt.
3.
Drehfrequenz f
Sie gibt an, wie oft ein Punkt einen Kreis pro Sekunde durchläuft. Allgemein: Zahl n der Umläufe dividiert durch die dafür benötigte Zeit t.
Definition:
Die Drehfrequenz f ist der
Quotient aus der Zahl n der Umläufe eines Körpers auf der Kreisbahn und der dazugehörigen Zeit t.
4.
Winkelgeschwindigkeit w
Man fasst die Größen 2pf zur neuen Größe w=2pf zusammen. Sie gibt an, welchen Winkel (im Bogenmaß; 2p entsprechen 360°) der Radius eines Kreises je Sekunde überstreicht.
Das Produkt 2pf heißt Winkelgeschwindigkeit w. Sie gibt an, welchen Winkel der Radius eines Kreises je Sekunde überstreicht.
5.
Zentripetalkraft FZ
Um einen Körper auf einer Kreisbahn zu bewegen, ist eine zum Kreismittelpunkt gerichtete Kraft erforderlich, die Zentripetalkraft. Ohne diese Kraft würde sich ein Körper tangential vom Kreis wegbewegen (Beispiel: Hammerwerfer).
Die Größe der Zentripetalkraft hängt ab
von der Masse m des Körpers, seiner Winkelgeschwindigkeit w
und seinem Radius r. Eine genaue Untersuchung ergibt:
FZ ~ w2 FZ ~ r und FZ ~ m und somit FZ ~w2rm bzw. FZ = w2rm
Definition:
Die
gleichförmige Kreisbewegung ist eine beschleunigte Bewegung, weil ständig die
Zentripetalkraft FZ wirkt. Sie bewirkt eine
Zentripetalbeschleunigung aZ=v2/r. Beide Größen sind zum
Kreismittelpunkt gerichtet.
Da die Kraft stets senkrecht zur Bewegungsrichtung wirkt,
verrichtet sie am Körper keine Arbeit.