Über die Wirkung der Zentrifugalkraft

Ich verstehe, dass die Zentrifugalkraft Sie aus einer kreisförmigen Bewegung zu zwingen scheint, wenn Sie nicht die Zentripetalkraft haben, die erforderlich ist, um darin zu bleiben. Zum Beispiel würde ein Stein, der an einer Schnur herumgewirbelt wird, aufgrund seiner Trägheit und der Tatsache, dass ihn nichts mehr in eine kreisförmige Bewegung bringt, tangential nach außen fliegen, wenn er losgelassen wird.

Aber im Fall eines reibungsfreien Objekts, das auf einer reibungsfreien rotierenden Platte radial nach außen gleitet,

(1) Warum ist es radial nach außen und nicht tangential?

(2) Warum bewegt es sich trotzdem; die Kontaktflächen sind reibungsfrei; Warum bleibt es nicht einfach dort, während sich die Platte dreht, sodass es sich überhaupt nicht bewegt? Ist das nicht Trägheit?

(3) Warum wirkt allgemein die Zentrifugalkraft nach außen auf Objekte?

Antworten (1)

Wir können den Weg des Objekts in einem nicht rotierenden inertialen Referenzrahmen oder in einem rotierenden nicht inertialen Referenzrahmen analysieren. Beachten Sie, dass der physische Weg im Raum in jedem Fall derselbe ist, aber unsere Sichtweise ändert sich, also ändert sich auch unsere Beschreibung des Weges.

Wie in einem nicht rotierenden Trägheitsbezugssystem beobachtet:

  1. Wenn die Zentripetalkraft vorhanden ist, bewegt sich das Objekt mit konstanter Geschwindigkeit auf einer Kreisbahn. Sein Geschwindigkeitsvektor ist immer tangential zum Kreis. Wenn die Zentripetalkraft entfernt wird, wirken keine Kräfte auf das Objekt, sodass es sich weiterhin tangential in einer geraden Linie mit konstanter Geschwindigkeit bewegt.
  2. Das Objekt bewegt sich aufgrund der Trägheit weiter.
  3. In einem Trägheitsbezugssystem gibt es keine Zentrifugalkraft.

Wie in einem rotierenden nicht trägen Referenzrahmen beobachtet:

  1. Wenn die Zentripetalkraft vorhanden ist, gleicht diese die Zentrifugalkraft aus. Die Nettokraft auf das Objekt ist Null, also bleibt es in Ruhe. Wenn die Zentripetalkraft entfernt wird, wirkt eine unausgeglichene Zentrifugalkraft auf das Objekt. Dadurch bewegt sich das Objekt zunächst radial nach außen. Da das Objekt nun jedoch nicht mehr stationär ist, wird seine Bahn von der Coriolis-Kraft beeinflusst, sodass es sich von einer radialen Bahn wegkrümmt.
  2. Das Objekt beginnt sich aufgrund der unausgeglichenen Zentrifugalkraft zu bewegen. Wegen der Coriolis-Kraft ist sein Weg keine gerade Linie.
  3. Wenn die Bewegung des Objekts in einem nicht rotierenden Referenzrahmen in einen rotierenden Referenzrahmen umgewandelt wird, wird ein radial nach außen gerichteter Term eingeführt, weil die Basisvektoren in dem rotierenden Referenzrahmen ständig ihre Richtung ändern. Dieser Begriff ist die Zentrifugalkraft.
"Dadurch bewegt sich das Objekt zunächst radial nach außen" - warum genau muss das passieren? Sollte es nicht tangential sein, wie es die Trägheit vorschreibt? Und können Sie den dritten Punkt etwas näher erläutern?
@HarryHolmes Wenn wir den Pfad relativ zum nicht rotierenden Trägheitsrahmen beschreiben, bewegt sich das Objekt tangential zum Kreis. Aber wenn wir den Weg relativ zum rotierenden Nicht-Trägheitsrahmen beschreiben, dann bewegt er sich (zunächst) radial nach außen, weil die Zentrifugalkraft (die wir einführen müssen, weil wir einen rotierenden Referenzrahmen verwenden) radial nach außen gerichtet ist. Zur Herleitung der fiktiven Kräfte in einem rotierenden Bezugssystem mittels Vektoranalyse siehe en.wikipedia.org/wiki/Coriolis_force .
Habe es. Nur das; Warum bleibt das Objekt nicht einfach dort, stationär in Bezug auf Trägheitsrahmen, und rutscht auf der rotierenden Platte? Ist das nicht das Ergebnis, das Trägheit hervorbringen würde?
@HarryHolmes In dem nicht rotierenden Trägheitsrahmen ist das Objekt zunächst nicht stationär - die Trägheit hält es mit konstanter Geschwindigkeit in einer geraden Linie in Bewegung. Im nicht trägen Drehrahmen wirkt eine unausgeglichene Kraft (Zentrifugalkraft) auf das Objekt, sodass es nicht in Ruhe bleiben kann. Gleiches Ergebnis, zwei unterschiedliche Erklärungen je nach POV.
Warum sollte es im Inertialsystem nicht stationär sein? Ich werde klarer sein; Das Objekt saß auf der unbewegten Platte, bevor es sich zu drehen begann. Würde es nicht dort bleiben?
@HarryHolmes Okay, wenn das Objekt anfänglich im nicht rotierenden Rahmen in Ruhe ist und keine Kräfte darauf einwirken, bleibt es einfach in Ruhe.
Bitte antworten. Wikipedia scheint dem zu widersprechen, worauf wir uns gerade geeinigt haben.
@HarryHolmes Dies ist etwas von Ihrer ursprünglichen Frage abgewichen, und Kommentare sind nicht für längere Diskussionen gedacht. Ich schlage vor, Sie posten dies als neue Frage.
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