Ernst hat geschrieben:
Hier nun die angekündigte Analyse für ein etwas erweitertes Modell. Auf der rotierenden Drehscheibe fährt nun zusätzlich noch auf einem Kreis ein Motorrad m. Die Drehscheibe rotiert mit der Winkelgeschwindigkeit ωs und relativ zur Scheibe rotiert das Motorrad zusätzlich mit der Winkelgeschwindigkeit ωM. Im linken Bild fährt das Motorrad gegen Drehrichtung der Scheibe. Im Rechten Bild fährt es in Drehrichtung der Scheibe. Wir beschränken uns auf den Sonderfall ωs=ωm; d.h das Motorrad fährt auf der Scheibe nochmal mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit, mit welcher sich die Scheibe selbst dreht.
A) Betrachtung im rotierenden Bezugssystem
(Dazu verinnerlichen, daß die Scheibe im Bild ruht). Hier sind äußere/eingeprägte Kräfte und zusätzlich Trägheitskräfte (Zentrifugal, Coriolis) vorhanden.
1. Motorrad entgegen Drehrichtung der Scheibe (linkes Bild)
Es wirken folgende Kräfte:
Fz=m*ω²*r Fliehkraft
Fc=2*m*ω*v=2*m*ω²*r Corioliskraft(wirkt entsprechend Rechtehandregel radial nach innen)
Fz-Fc= - m*ω²*r
Dies ist eine Kraft, welche bekanntlich eine Kreisbewegung der Masse bewirkt. Die Bewegung ist damit beschrieben. Eine weitere (richtige, äußere) Gegenkraft Fgeg ist nicht erforderlich und muß daher das Motorrad nicht über den Reifenkontakt erzeugen.
Fgeg = 0
2. Motorrad in Drehrichtung
Fz=m*ω²*r Fliehkraft
Fc=2*m*ω*v=2*m*ω²*r Corioliskraft(wirkt entsprechend Rechtehandregel radial nach außen)
Fz+Fc = 3*m*ω²*r
Diese Kraft ist nach außen gerichtet und würde das Motorrad nach außen treiben. Es muß daher über den Reifenkontakt eine Gegenkraft erzeugt werden. Zuerstmal eine gleichgroße Fz+Fz. Das reicht aber nicht, dann dann würde erstmal nur das Motorrad tangential weiterfahren. Es muß noch zusätzlich über die Räder eine Radialkraft erzeugt werden, welche eine Kreisbewegung erzeugt. Diese Zusatzkraft ist bekanntlich F+ = m*ω²*r.
Insgesamt muß folglich eine eingeprägte (richtige, äußere) Gegenkraft Fgeg aufgebracht werden von
Fgeg = -Fz - Fc - F+ = - 4*m*ω²*r
B) Betrachtung im äußeren nicht rotierenden Bezugssystem (/u]
(Dazu verinnerlichen, daß die Scheibe im Bild dreht). Hier sind nur äußere, eingeprägte Kräfte vorhanden
[u]1. Motorrad entgegen Drehrichtung
Das Motorrad fährt mit der gleiche Winkelgeschwindigkeit auf der Scheibe nach links, wie sich die Scheibe nach rechts dreht. ωges = ω-ω =0.
Das bedeutet,, das Motorrad ruht. Und da greift folglich keine Kraft an.
Fgeg=0
Übereinstimmend mit der obigen Rechnung.
(Der Fall ist identisch mit der roten Person am Karussell).
2. Motorrad in Drehrichtung
Die gesamte Winkelgeschwindigkeit ergibt sich aus der Summe beider einzelnen
ωges = ω+ω = 2*ω
Die Zentripetalkraft Fgeg, welche das Motorrad über Reifen aufbringen, muß ist folglich
Fgeg= - m*ωges²*r = - 4*ω²*r
übereinstimmend wieder mit obiger Rechnung
Fazit:
Unabhängig von der Wahl des Bezugssystems erhält man identische Ergebisse. Das muß ja auch zwingend so sein. Es zeigt sich das universelle einheitliche Gebäude der Technischen Mechanik.
Ernst
Bringen wir das mal auf den Punkt,
da braucht es keine Formeln mehr:
Transformiert man die Corioliskraft(Trägheitskraft) mathematisch aus dem rotierenden BS ins Inertialsystem,
verschwindet die Corioliskraft. Sie existiert nur im Rotationssystem und ist virtueller Natur.
Grüße
Enkel Kopernikus
