Nichts drückt ein Objekt beim Kreisen nach außen – ganz im Gegenteil. Zentripetalkraft ist die nach innen gerichtete Anziehungskraft (Spannung, Schwerkraft, Reibung oder Normalkraft), die ein sich bewegendes Objekt ständig zur Mitte hin umlenkt, und ohne sie würde sich das Objekt einfach in einer geraden Linie bewegen. Dieser Rechner verwandelt die Lehrbuchformel F = mv²/r in ein sofort bearbeitbares Werkzeug zum Ermitteln von Kraft, Beschleunigung oder einer der drei Variablen, die sie erzeugen.
Warum Kreisbewegungen eine konstante nach innen gerichtete Kraft benötigen
Newtons erstes Gesetz besagt, dass ein bewegtes Objekt geradlinig in Bewegung bleibt, sofern nicht eine Nettokraft auf es einwirkt. Ein Auto, das eine Kurve fährt, ein Ball an einer Schnur und ein Satellit, der die Erde umkreist, werden ständig von dieser geradlinigen Bahn abgelenkt – in Richtung der Mitte des Kreises, den sie verfolgen. Dieser nach innen gerichtete Zug ist die Zentripetalkraft und muss kontinuierlich bereitgestellt werden: Reibung zwischen Reifen und Straße, Spannung in der Saite oder Schwerkraft zwischen Planet und Satellit. Entfernen Sie die Kraft (schneiden Sie die Schnur durch, treffen Sie auf eine vereiste Stelle) und das Objekt fliegt tangential zum Kreis weg, nicht radial nach außen.
Messwert F = mv²/r
Die Kraftformel vereint drei intuitive Beziehungen in einer Gleichung. Kraft ist direkt proportional zur Masse – ein schwereres Objekt benötigt proportional mehr Kraft, um die gleiche Kreisbahn zu halten. Die Kraft ist direkt proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit – eine Verdoppelung der Geschwindigkeit vervierfacht die erforderliche Kraft, weshalb ein Auto, das eine Kurve mit 30 Meilen pro Stunde problemlos bewältigt, in genau derselben Kurve bei 60 Meilen pro Stunde den Halt verlieren kann. Und die Kraft ist umgekehrt proportional zum Radius – engere Kurven (kleineres r) erfordern mehr Kraft bei einer bestimmten Geschwindigkeit, weshalb Autobahnauffahrten eher breite, allmähliche Kurven als enge Kurven verwenden.
Zentripetalkraft vs. „Zentrifugal“-Gefühl
Wenn man in einem Auto sitzt, das sich stark dreht, fühlt man sich nach außen gegen die Tür gedrückt – was einer inneren Kraft zu widersprechen scheint. Was tatsächlich passiert, ist die Trägheit Ihres Körpers: Er möchte in einer geraden Linie weiterfahren, während das Auto (und der Sitz und die Tür) Sie in Richtung Mitte beschleunigen. Die Tür drückt auf Sie zurück, was die echte, nach innen gerichtete Zentripetalkraft ist, die Sie als Druck spüren. Das „äußere“ Gefühl ist Ihre Trägheit, die sich dieser Umlenkung widersetzt, und keine separate äußere Kraft – Physiker nennen es eine fiktive oder scheinbare Kraft, weil sie nur dann zum Vorschein kommt, wenn Sie die Bewegung aus dem Inneren des rotierenden Rahmens analysieren.