Wenn die Zentrifugalkraft nicht real ist, warum werde ich dann zu einer Karussellfahrt gedrängt? [Duplikat]

Die Zentrifugalkraft ist eine Pseudokraft, wie dies ein Pseudo-Killerwal ist .

Nur weil es „Pseudo“ oder „fiktiv“ ist, heißt das nicht, dass es nicht real ist. Es ist genauso legitim ein Wal, ob er "Pseudo-Killerwal" oder "grauer Gurkenwal" heißt. Durch historische Umstände wurde er "Pseudo-Killerwal" genannt. Nun ja.

Nehmen Sie ein Gesetz, wie Newtons zweites Gesetz:

Dies gilt nur in einem inertialen Bezugsrahmen, der nicht beschleunigt oder rotiert. Üblicherweise werden die meisten Gesetze der Mechanik in einem intertialen Bezugsrahmen formuliert, weil er komplizierte Variablen eliminiert wie:

• Wie schnell dreht sich das Karussell?
• Wie weit bist du vom Zentrum entfernt?
• Dreht es sich mit konstanter oder variabler Geschwindigkeit?

Es gibt andere Kräfte, die nicht in dieser Gleichung enthalten sind, wie die Schwerkraft. Wenn Sie einen Ball vor sich halten und loslassen, bleibt er nicht liegen, sondern fällt zu Boden. Es fällt, weil die Schwerkraft es mit 9,8 m/s ² nach unten beschleunigt . Wir verstehen, dass wir, wenn sich Dinge in der Nähe eines massiven Objekts befinden, unseren Berechnungen eine „Schwerkraft“ hinzufügen müssen, um genau vorherzusagen, was passiert.

Beim Drehen oder Beschleunigen müssen wir ebenfalls eine "Fliehkraft" in die Berechnungen einbeziehen. „Pseudokräfte“ oder „ fiktive Kräfte “ ist die Bezeichnung für eine Kategorie von Kräften, die in nicht-trägheitsbezogenen Bezugssystemen hinzugefügt werden müssen. Sorgen Sie sich nicht mehr um den Namen „Pseudo-Kraft“, als sich ein Biologe um den Namen „Pseudo-Killerwal“ sorgt. Sie sind experimentell nachweisbare Kräfte, genau wie andere Kräfte wie die Schwerkraft.

Wenn die Zentrifugalkraft nicht real ist, warum werde ich dann zu einer Karussellfahrt gedrängt?

Nicht Sie beschleunigen vom Autositz oder Karussell nach außen, sondern der Autositz oder das Karussell beschleunigt unter Ihnen weg .

Und wenn es sich unter Ihnen wegbewegt, stößt Sie bald die Autotür oder die Schiene des Karussells an und zieht Sie mit. Dieser konstante Zug nach innen ist es, der Sie dazu bringt, sich im Kreis zu bewegen.

• Stellen Sie sich vor, wie Sie auf einem kleinen Esstisch die Bettdecke unter Tellern, Gläsern und Besteck wegziehen. Alles bleibt, wo es ist, aber die Bettdecke wandert weg.

Aus der Perspektive der Bettdecke (wenn Sie eine Kamera auf der Bettdecke platziert haben) sieht es jedoch so aus, als würden sich Besteck, Teller und Gläser entfernen. Aber wir wissen, dass das nicht stimmt; das ist nur eine Illusion. Wenn Sie dieses Glas wären und alles, was Sie um sich herum sehen könnten, die Bettdecke wäre, dann würde Ihr Gehirn Sie leicht dazu verleiten zu glauben, dass Sie sich bewegen und nicht die Bettdecke. Es ist eine typische optische Täuschung.

• Ein weiteres Beispiel: Stell dir vor, du stehst mit Rollschuhen in einem Bus. Wenn der Bus bremst und langsamer wird, haben Sie das Gefühl, nach vorne zu fallen/zu rollen. Aber nichts bringt dich voran. Es ist vielmehr der Bus um dich herum und unter dir, der nach hinten geschoben wird . Ihr Körper fährt einfach mit der Geschwindigkeit fort, die er hat, bis Sie etwas treffen. Wenn Sie nach draußen auf den Boden schauen, sieht es nicht so aus, als würden Sie nach vorne geschoben - aber wenn Sie auf den Bus um sich herum schauen, sieht es so aus, als würden Sie nach vorne geworfen. Es ist nichts als eine Illusion.

Also, das alles ist eigentlich ganz einfach. Sie beschleunigen nicht oder drängen aus dem Kreis heraus – Ihr Körper fährt einfach mit der Geschwindigkeit fort, die er gerade hat. Wenn Sie eine Geschwindigkeit haben, die tangential zu einem Kreis gerichtet ist, bewegen Sie sich natürlich aus diesem Kreis heraus. Nur wenn dieser Kreis dich festhält – wie die Karussellschiene – bewegst du dich auf einer Kreisbahn, weil er dich ständig wieder hineinzieht und verhindert, dass du aus dem Kreis fliegst.

Kurz gesagt: Durch die Autotür oder Karussellschiene wirkt eine zentrumsgerichtete Kraft, die Sie nach innen zieht (wir nennen das Zentripetalkraft). Aber es gibt keine Kraft, die dich nach außen zieht . Dieses Gefühl, nach außen zu fallen, kann man, wenn Sie so wollen, als Zentrifugaleffekt oder so bezeichnen - aber vermeiden Sie den Begriff Zentrifugalkraft , da es sich wirklich nicht um eine Kraft handelt.

Nun zu Ihrem Lehrer, der über Trägheitsbezugsrahmen spricht

Aus den Beispielen von Bettdecke und Bus oben wird deutlich, dass es je nachdem, von wo aus Sie stehen und zuschauen, anders aussieht - eine Kamera auf dem Bus oder auf der Bettdecke sieht Sie nach vorne werfen, während eine Kamera an der Bushaltestelle oder an der Haltestelle Der Tisch sieht Sie ohne Bewegungsänderung (Sie bleiben entweder auf dem Tisch stehen oder fahren mit Ihrer Geschwindigkeit im Bus fort).

Der Punkt, von wo aus wir schauen, macht also einen großen Unterschied. Wir nennen diesen Punkt Referenzrahmen . Und wenn Sie sich die beiden Beispiele noch einmal ansehen, scheint es, als ob immer dann, wenn der Referenzrahmen beschleunigt (die gezogene Bettdecke, der bremsende Bus, das sich drehende Auto, das sich drehende Karussell), diese Illusion erscheint.

Um diese Illusion zu vermeiden, haben die Menschen in der Vergangenheit den Begriff Trägheitsbezugssystem erfunden . Wir nennen ein Bezugssystem inertial , wenn es nicht beschleunigt. Nur dann sehen wir keine Illusionen, und nur dann gelten die Newtonschen Gesetze.

Wenn Sie an das Auto-Szenario denken, gibt es zwei mögliche Szenarien.

1) Die Kurve ist sehr klein, die Reibung sorgt für eine ausreichende Zentripetalkraft, die der Zentrifugalkraft (nach außen gerichtete Kraft) entspricht, und Sie bleiben still.

2) Die Kurve hat eine hohe Krümmung. Dann reicht die Reibung nicht aus, um der Zentrifugalkraft zu entsprechen, die Sie herauszieht. Deshalb erhalten Sie etwas Unterstützung vom Autoinnenraum oder Sie halten den Sitz fest, um ein Herausziehen zu vermeiden. Mit dieser zusätzlichen Kraft machen Sie die Zentripetalkraft gleich der Zentrifugalkraft.

Es ist eine Pseudokraft, weil sie nur von den Objekten gefühlt wird, die sich im selben Trägheitsbezugssystem befinden.

Ähnlich wie im obigen Szenario, wenn Sie sich im Auto befinden, werden Sie die Zentrifugalkraft spüren (weil Sie sich jetzt im rotierenden Referenzrahmen des Autos befinden).

Aber wenn Sie außerhalb des Autos sind, werden Sie nichts spüren.

In einem nicht beschleunigenden Rahmen (Trägheitsrahmen) gibt es keine Zentrifugalkraft. Die Zentrifugalkraft ist jedoch eine echte Kraft für jemanden in einem rotierenden Referenzrahmen (wie Sie besprochen haben). Lehrer, die sagen, dass es sich nicht um eine echte Kraft handelt, führen entweder in die Irre oder wollen nur neue Physikstudenten über die Rolle der Zentripetalkräfte aufklären, ohne die Zentrifugalkraft zu verwirren. Manche Probleme löst man besser in einem rotierenden Rahmen, und man muss die Zentrifugalkraft berücksichtigen. Es kann nicht ignoriert werden.

Wenn Sie nun verstehen wollen, wie die Zentrifugalkraft mit dem Trägheitsrahmen zusammenhängt, müssen Sie nur verstehen, dass Ihre Geschwindigkeit immer tangential zu dem Weg ist, den Sie nehmen (dies ist eine qualitative, lockerere Erklärung für dieses Phänomen). Angenommen, Sie befinden sich auf der rechten Seite des Autos und es biegt nach links ab. Wenn du drehst, „will“ dein Körper immer noch in die Richtung gehen, in die du dich vor der Kurve bewegt hast. Sie fühlen sich daher zum Fenster gedrängt, da Ihr Körper immer noch die Straße hinunter "will".

Die Zentrifugalkraft ist nicht real in dem Sinne, dass Sie sie beobachten, wenn Sie sich in einem Nicht-Inertialsystem befinden, in dem Sie Kräfte ohne Ursprung sehen. Diese Kraft ist eigentlich entweder die Reibung vom Boden oder die normale, die das Auto beim Herumfahren auf Sie ausübt.