Ein Eimer dreht sich in einer gleichmäßigen Kreisbewegung. Wenn sich der Eimer am obersten Punkt in der Schleife befindet, fällt das Wasser nicht. An diesem Punkt wirkt sowohl die Zug- als auch die Schwerkraft auf das Wasser, dann sollte es mit noch größerer Kraft gezogen werden. Warum fällt das Wasser dann nicht?
Die gleiche Frage kann über einen Motorradfahrer gestellt werden, der einen Loop de Loop durchführt. Warum fällt er nicht auf den obersten Punkt, wenn sowohl die Schwerkraft als auch die normale Reaktion nach unten wirken?
Es ist ein weit verbreiteter Irrglaube, dass sich Gegenstände in Richtung der Kraft bewegen müssen. Das ist falsch; die Beschleunigung zeigt in Richtung der Kraft. Das heißt, die Geschwindigkeitsänderung zeigt in Richtung der Kraft. Es ist nicht die Geschwindigkeit, die in die Richtung der Kraft zeigt.
An der Spitze des Kreises wird das Wasser sowohl durch die Schwerkraft als auch durch die Normalkraft definitiv nach unten gedrückt. Die Geschwindigkeit des Wassers an der Spitze des Kreises ist jedoch horizontal. Daher nimmt die Geschwindigkeit eine Abwärtskomponente auf. Dies entfernt jedoch nicht die horizontale Komponente. Die Geschwindigkeit beginnt gerade, sowohl nach unten als auch horizontal zu zeigen, und der Kreis geht weiter. Beachten Sie, dass dies auch für den Eimer gilt, sodass das Wasser im Eimer bleibt.
Ein ähnliches System, mit dem Sie wahrscheinlich vertraut sind, ist die Projektilbewegung. Am oberen Ende der Flugbahn zeigt die Kraft nach unten, die Geschwindigkeit ist horizontal und das Projektil setzt seine parabolische Bahn sowohl mit horizontaler als auch mit vertikaler Geschwindigkeit fort. Der Unterschied zwischen dem Projektil und dem Eimer besteht darin, dass die Nettokraft für das Projektil konstant ist. Die horizontale Komponente der Geschwindigkeit ändert sich nie. Für den Eimer ändert sich die Nettokraft immer, so dass die Bewegung kreisförmig ist. Die vertikalen und horizontalen Komponenten der Geschwindigkeit ändern sich ständig um den Kreis herum. Das Projektil fällt, aber das Wasser fällt nicht rein. Es wird auch durch die normale Kraft des Eimers geschoben.
Das Wasser fällt. Es fällt einfach nicht schneller als der Eimer. Indem Sie am Eimer ziehen, halten Sie ihn um das (ebenfalls fallende) Wasser.
Zwei Gründe:
Die auf das Wasser wirkende Schwerkraft bewirkt eine konstante Beschleunigung - oder . Der Eimer wird auch durch Ziehen beschleunigt. Zusätzlich zur Beschleunigung haben beide Objekte auch eine Geschwindigkeit, die durch diese Beschleunigungen verändert wird. Wenn sich der Eimer schnell bewegt, beginnt er, sobald das Wasser den Kontakt mit ihm verliert, nur durch die Schwerkraft zu beschleunigen, langsamer als der Eimer. Dadurch kann der Eimer aufholen.
Beim Motorrad ist es noch einfacher. Wenn sich das Motorrad der Spitze der Schleife nähert, hat es eine sehr gewisse Aufwärtsgeschwindigkeit, da es die Wand hinauffährt. An der Spitze wird die gesamte vertikale Geschwindigkeit in eine horizontale umgewandelt und ihre vertikale Geschwindigkeit ist sehr klein. An diesem Punkt beginnt die Schwerkraft zu wirken und erhöht ihre Abwärtsgeschwindigkeit. Die Schwerkraft kann diese Abwärtsgeschwindigkeit jedoch nur so schnell erhöhen. Bevor die Schwerkraft es zum Fallen bringen kann, ermöglicht die viel größere horizontale Geschwindigkeit dem Motorrad, den abwärts geneigten Teil der Kurve zu erreichen, wodurch es schneller nach unten beschleunigt wird. Aus diesem Grund wird die Schwerkraft nicht dazu führen, dass das Motorrad den Kontakt mit der Schleife verliert (vorausgesetzt, das Motorrad fährt schnell genug).
Wasser fällt aus dem Eimer oder nicht, es hängt von der Kreisbewegung des Eimers ab. Wenn die Geschwindigkeit des Eimers so groß ist, wie die Zentripetalkraft und die Zentrifugalkraft gleich werden oder die Trägheit des Wassers die Wirkung der Anziehungskraft der Erde aufhebt, dann ist kein Wasser heruntergefallen. andernfalls fällt es.
Muhende Ente
Benutzer253751