Im Alltag begegnen uns häufig Gegenstände, die sich in einer gleichförmigen Kreisbewegung bewegen. Ein Beispiel hierfür sind die Sekunden-, Minuten- und Stundenzeiger einer analogen Uhr. Der Sekundenzeiger dreht sich stets um 360 Grad.o für 60 Sekunden (eine Minute) oder deckt einen Winkel von 6 abo für eine Sekunde. Der Minutenzeiger beschreibt dabei immer einen Winkel von 360 Grad.o für 60 Minuten (eine Stunde) oder einen Winkel von 6 abdeckeno für eine Minute. Der Stundenzeiger beschreibt dabei stets einen Winkel von 360 Grad.o 24 Stunden lang (einen Tag). Wenn sich ein Objekt regelmäßig im Kreis bewegt, wie der Sekunden-, Minuten- oder Stundenzeiger, dann spricht man von einem Kreisbewegungsobjekt. gleichförmige KreisbewegungKönnen Sie ein Beispiel für eine regelmäßige Kreisbewegung nennen, die Sie beobachtet oder sich vorgestellt haben?
Verständnis der gleichförmigen Kreisbewegung
Der Begriff „gleichförmige Kreisbewegung“ hat zwei Bedeutungen. ErstensEin Objekt bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit auf einem Kreis, wenn während der Kreisbewegung entweder die Geschwindigkeit des Objekts als Ganzes oder die Geschwindigkeit jedes einzelnen Teils des Objekts konstant ist. ZweitensEin Objekt bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit auf einer Kreisbahn, wenn seine Winkelgeschwindigkeit konstant ist. Die Winkelgeschwindigkeit ist eine vektorielle Größe und besteht daher aus ihrem Betrag und ihrer Richtung.
Damit Sie die Bedeutung besser verstehen können gleichförmige KreisbewegungBeachten Sie bitte die folgende Rezension.
Konstante Winkelgeschwindigkeit
Betrachten wir den Sekundenzeiger einer analogen Wanduhr. Wenn sich der Sekundenzeiger dreht, drehen sich alle Teile des Sekundenzeigers, egal ob am Ende, in der Mitte oder nahe der Achse, gemeinsam.
Da sich alle Teile des Sekundenzeigers gemeinsam drehen, wenn der Sekundenzeiger einen Winkel von 360 Grad durchläufto (eine Umdrehung), alle Teile des Sekundenzeigers beschreiben ebenfalls einen Winkel von 360°o (eine Umdrehung). Wenn der Sekundenzeiger einen Winkel von 360 Grad vollendet hato (eine Umdrehung) für 60 Sekunden (eine Minute), alle Teile des Sekundenzeigers durchlaufen dabei einen Winkel von 360°o für 60 Sekunden (eine Minute).
Die Winkelgeschwindigkeit des Sekundenzeigers beträgt immer 6oDie Winkelgeschwindigkeit (Drehrichtung) des Sekundenzeigers ist ebenfalls immer konstant.
Konstante Geschwindigkeit
Wenn sich der Sekundenzeiger 60 Sekunden lang dreht, rotieren alle seine Teile – sowohl die achsennahen als auch die achsenfernen – ebenfalls 60 Sekunden lang. Obwohl das Zeitintervall für alle Teile des Sekundenzeigers gleich ist, nämlich 60 Sekunden, ist die von jedem Teil zurückgelegte Strecke unterschiedlich lang. Der achsennahe Teil legt eine kürzere Strecke zurück, der achsenferne hingegen eine längere.
Anhand der obigen Geschwindigkeitsformel lässt sich schließen, dass die Geschwindigkeit jedes Segments des Sekundenzeigers von seinem Abstand zur Achse (r) abhängt. Je größer der Abstand zur Achse (höheres r), desto höher die Geschwindigkeit. Obwohl die Geschwindigkeit jedes einzelnen Segments unterschiedlich ist, bleibt die Gesamtgeschwindigkeit jedes Segments konstant.
Beschleunigung bei gleichförmiger Kreisbewegung
Bei einer Kreisbewegung gibt es zwei Arten von Beschleunigung: Winkelbeschleunigung und Bahnbeschleunigung. Winkelbeschleunigung tritt auf, wenn sich der Betrag der Winkelgeschwindigkeit oder deren Richtung ändert. Bahnbeschleunigung hingegen tritt auf, wenn sich der Betrag der Geschwindigkeit oder deren Richtung ändert.
Bei gleichförmiger Kreisbewegung ist die Größe Winkelgeschwindigkeit Da die Richtung der Winkelgeschwindigkeit stets konstant ist, tritt bei einer gleichförmigen Kreisbewegung keine Winkelbeschleunigung auf. Bei einer gleichförmigen Kreisbewegung ist lediglich der Betrag der Geschwindigkeit, auch Schnelligkeit genannt, konstant, während sich die Richtung der Geschwindigkeit ständig ändert. Da sich die Richtung der Geschwindigkeit ständig ändert, muss es gemäß der Definition eine Beschleunigung bei einer gleichförmigen Kreisbewegung geben. Percepatan ist eine Geschwindigkeitsänderung (Änderung des Betrags der Geschwindigkeit und/oder der Richtung der Geschwindigkeit).
Zentripetalbeschleunigung
Die Beschleunigung, die durch eine Richtungsänderung der Geschwindigkeit entsteht, ist die Zentripetalbeschleunigung. Sie wird auch Radialbeschleunigung genannt. Die Zentripetalbeschleunigung, oder Radialbeschleunigung, ist eine Art der Beschleunigung und wird auch als lineare Beschleunigung bezeichnet. Da die Zentripetalbeschleunigung eine vektorielle Größe ist, besitzt sie sowohl Betrag als auch Richtung.
Die Größe der Zentripetalbeschleunigung
Die Größe der Zentripetalbeschleunigung wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
Richtung der Zentripetalbeschleunigung
Die Richtung der Zentripetalbeschleunigung ist immer zum Mittelpunkt des Kreises hin, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
