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Kreisbewegung und Energie

27 Beiträge, Schlüsselwörter: Beschleunigung, Kreisel, Kreisförmige

Kreisbewegung und Energie

16.02.2014 um 14:30
Hallo,

mir geht schon seit einiger Zeit ein (eigentlich triviales) Phänomen durch den Kopf und ich komme so recht auf keine Lösung.

Nehmen wir an man fährt mit gleichmäßiger Geschwindigkeit eine gerade Strecke. Jetzt biegt man in eine Kurve. Dies ist imho gleichbedeutend mit einer Beschleunigung in die entsprechende Richtung (was man z.B. im Auto ja auch spürt). Woher kommt aber die Energie für diese Beschleunigung? Sie kann nur aus der kinetischen Energie des Geradeauslaufes kommen. Sprich, das Auto müsste langsamer werden (wenn ich über den Motor keine Energie zuführe).

Falls das o.g. soweit richtig ist: Was passiert wenn ich ein Kreisförmiges Etwas im Mittelpunkt aufhänge und in Drehung versetze? Jedes Element dieses Kreisels wird ständig auf eine Kreisbahn gezwungen, somit beschleunigt. Das würde doch eigentlich bedeuten, es müsste rasch wieder zum Stehen kommen. Ich glaube aber, in der Praxis verhält es sich anders. Reibungsfrei gelagert würde so ein Kreisel ewig weiterdrehen - warum?

Vielleicht noch weiter gefragt. Nehmen wir einmal an unser Kreisel ist eine Fahrradfelge. Um sie mit einer bestimmten Umfangsgeschwindigkeit drehen zu lassen müssen wir eine gewisse Kraft aufwenden. Jetzt schneiden wir eine gleiche Felge an einer Stelle ein, entfernen die Speichen und biegen die Felge zu einem geraden Stück. Dieses gerade Stück packen wir auf eine reibungsfreie Schiene. Muss man jetzt dieselbe Kraft aufwenden um das gerade Stück auf dieselbe Geschwindigkeit zu bringen wie die runde Felge?

Fragen über Fragen

Vielen Dank schon mal

Weide


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Kreisbewegung und Energie

16.02.2014 um 14:51
Weide schrieb:Woher kommt aber die Energie für diese Beschleunigung?
Wenn sich der Betrag der Geschwindigkeit nicht ändert, brauchst du auch in der Kurve keine Energie aufwenden, nur die, die du benötigst, um die Reibungsverluste auszugleichen.

E = 1/2 m (v2-x1)^2


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Kreisbewegung und Energie

16.02.2014 um 15:01
Hmm, nehmen wir an man sitzt im besagten Auto und fährt mit gleichmäßiger Geschwindigkeit. Man kann allerdings nicht herausschauen, sprich es ist nicht möglich festzustellen ob sich das Auto überhaupt bewegt. Nun fährt es eine Kurve. Jetzt erst spüre ich eine Kraft - eine Beschleunigung nach links oder rechts. Sprich - aus meiner Sicht wird das Auto nun beschleunigt, was Energie erfordert, die von irgendwo herkommen muss.


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16.02.2014 um 15:04
@Weide
Die Kraft kommt vom Autoantrieb.
Woher auch sonst?


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16.02.2014 um 15:07
@Assassine
und wenn ich in der Kurve keine Energie zuführe? Wird das Auto dann in der Kurve langsamer?


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Kreisbewegung und Energie

16.02.2014 um 15:07
@Weide
Ja


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Kreisbewegung und Energie

16.02.2014 um 15:08
Weide schrieb:und wenn ich in der Kurve keine Energie zuführe? Wird das Auto dann in der Kurve langsamer?
Nein, das Auto behält seine Geschwindigkeit bei. Lediglich die Richtung ändert sich.


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Kreisbewegung und Energie

16.02.2014 um 15:09
@Weide
Deswegen ist Driften auch die bessere Art scharfe Kurven zu fahren. (In Rennen)


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16.02.2014 um 15:09
Assassine schrieb:Deswegen ist Driften auch die bessere Art scharfe Kurven zu fahren. (In Rennen)
Das liegt aber an den Reibungsverlusten im Gummi des Autoreifens.


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16.02.2014 um 15:10
@HYPATIA
Durch die erhöhte Reibung wird das Auto langsamer.


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16.02.2014 um 15:10
@Assassine
Jou ;) aber es soll ja hier ums Prinzip gehen.


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16.02.2014 um 15:12
HYPATIA schrieb:Jou ;) aber es soll ja hier ums Prinzip gehen.
Dann bleibt das Auto gleich schnell ;)


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16.02.2014 um 15:12
@HYPATIA
ok, nehmen wir an ich fahre besagte Kurve. Im Innenraum befindet sich ein bewegliches Gewicht, welches durch ein Seil einen Generator antreibt, der Energie erzeugt. Woher kommt diese Engergie?


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16.02.2014 um 15:13
@Weide
Die wird der kinetischen Energie des Autos entnommen. Wenn nicht das ganze Fahrzeug in einer starren Kreisbewegung ist, dann ändert sich der Drehimpuls. Das Auto wird dann langsamer.


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16.02.2014 um 15:13
Ich denke mal, hier findet sich die Physik ganz gut beschrieben:
http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/kreisbewegung


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16.02.2014 um 15:18
vielen Dank erstmal für Eure Hilfe den Knoten zu lösen :). Leider ist er noch nicht geplatzt: Wenn ich eine Masse beschleunige, dann benötige ich dafür doch Energie, oder? Und wenn ich etwas in eine Kreisbahn zwinge, dann beschleunige ich es (in eine andere Richtung).


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16.02.2014 um 15:19
Weide schrieb:Und wenn ich etwas in eine Kreisbahn zwinge, dann beschleunige ich es (in eine andere Richtung).
Gleichzeitig bremst du es aber in die momentane Tangentialrichtung ;) D.h. du wirst nach links schneller, aber in der alten Fahrrichtung langsamer.


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16.02.2014 um 15:19
@liezzy
der Link ist toll - danke!


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Kreisbewegung und Energie

16.02.2014 um 15:20
@Weide

Die Kraft wirkt genau senkrecht zur Bewegungsrichtung. Ein Energieaufwand wird erst dann nötig, wenn Kraft und Bewegungsrichtung zumindest zum Teil in dieselbe Richtung zeigen. Genauer gesagt berechnet sich die Arbeit zu Kraft * Weg * cos a, wobei a der Winkel zwischen Kraft und Bewegungsrichtung ist.

Zäld


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16.02.2014 um 15:24
... und das merkt man sehr schön selber beim Gehen: Die Erdanziehung wirkt auf einen immer mit derselben Kraft. Läuft man normal durch die Gegend, macht das keine Mühe; Erdanziehung wirkt nach unten und die Gehbewegung nach vorne, also im 90°-Winkel dazu.

Läuft man eine Treppe hoch, ist der Winkel zwischen Bewegung und Anziehungskraft nicht mehr 90°, und plötzlich wird das Laufen sehr anstrengend.

Z.


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