272. Kreisbewegung.

Wir können nur diejenige Art von Zentralbewegung elementar behandeln,

bei welcher der Körper ^um das Kraftzentrum einen Kreis^ (von Radius

~r~) ^mit gleichförmiger Geschwindigkeit^ (~v~) ^durchläuft^; denn dabei

können wir ableiten, wie groß die ^Zentralkraft^ ~F~ und die von ihr in

der Richtung auf das Zentrum hin hervorgebrachte Beschleunigung ~f~,

^Zentralbeschleunigung^, sein muß, damit der Körper auf der Kreisbahn

bleibe.

[Abbildung: Fig. 357.]

In irgend einem Punkte ~A~ ist die Richtung der Geschwindigkeit gleich

der Richtung der ^Tangente^; der Körper würde also in einer Zeit ~t~ den

Weg ~AB = v t~ durchlaufen. In derselben Zeit würde er infolge der

Zentralkraft, welche ihm eine Beschleunigung ~f~ erteilt, einen Weg ~AD

= ½ f t²~ durchlaufen. Soll nun der Körper durch das Zusammenwirken

beider Ursachen auf dem Kreise bleiben, so muß die Diagonale beider

Bewegungselemente, nämlich ~AA′~ selbst wieder zu einem Punkte des

Kreises führen. ~A~ liegt aber auf dem Kreis, wenn ~AA′² = 2 r · AD~. Da

nun ~AA′~ für kleine Bewegungen (kleinste Werte von ~t~) mit ~AB = v t~

vertauscht werden kann, und ~AD = ½ f t²~ ist, so erhält man die

Gleichung

~v² t² = 2 r · ½ f t²~, oder

v²

~#f = --#~.

r

D. h. wenn die Zentralbeschleunigung gerade diesen Wert hat, so ist ~A′~

wieder auf dem Kreis; hat ~f~ einen größeren oder kleineren Wert, so

liegt ~A′~ innerhalb oder außerhalb des Kreises. Behält ~f~ den

angegebenen Wert, so liegt auch jeder folgende Punkt der Bahn auf dem

Kreis, ~A~ beschreibt die Kreisbahn mit gleichförmiger Geschwindigkeit.

Soll also ein Körper einen Kreis vom Radius ~r~ mit gleichförmiger

Geschwindigkeit ~v~ durchlaufen, so ist notwendig und hinreichend, daß

auf ihn eine vom Zentrum ausgehende oder auf das Zentrum hin gerichtete

Kraft wirke, welche ihm eine Beschleunigung erteilt, deren Größe

v²

~f = --~.

r

^Die Zentralbeschleunigung ist bei gleichen Radien den Quadraten der

Geschwindigkeit direkt, und bei gleicher Geschwindigkeit den Radien

umgekehrt^ proportional.

Hat der Körper die Masse ~M~, so muß die ^Zentralkraft^ ~F~, damit sie

der Masse ~M~ die Beschleunigung ~f~ erteilen kann, die Größe ~F = M f~

haben; also ist

M v²

~#F = ----~#.

r

Die einfachste Art dieser Bewegung erhält man, wenn der Körper ~A~ mit

dem Punkte ~M~ durch einen Faden verbunden ist, und man ihm eine zur

Richtung des Fadens senkrechte Geschwindigkeit ~v~ erteilt. Er läuft

dann, wenn kein Bewegungshindernis (Reibung, Schwere u. s. w.)

vorhanden ist, mit stets gleichbleibender Geschwindigkeit in Kreisform

um ~M~. Der Faden übt hiebei an dem Körper einen Zug in der Richtung

~AM~, ^Zentripetalkraft^. Umgekehrt hat der Körper bei dieser Bewegung

(Zwangsbewegung) das Bestreben, stets in der Richtung der Tangente der

Bahn weiterzulaufen und dadurch sich vom Zentrum zu entfernen; er äußert

dies Bestreben dadurch, daß er seinerseits am Faden in der Richtung des

Fadens zieht (Reaktion); diese Kraft heißt ^Mittelpunktsfliehkraft^ oder

^Zentrifugalkraft^. Sie ist der Zentripetalkraft gleich.

Wenn sich die Masse 1 (eine Masseneinheit) auf dem Kreise vom Radius 1

_m_ mit der gleichförmigen Geschwindigkeit von 1 _m_ in 1" bewegen soll,

so muß auf sie eine Zentralkraft von 1 _kg_ wirken, welche ihr eine

Beschleunigung von 1 _m_ erteilt.

Lehrbuch der Physik zum Schulgebrauche. · 第 306 / 340 题