FD - Kapitel 3 - Teil 5 - Dynamik in nicht-inertialen Bezugssystemen Flashcards
Grundverständnis von Bezugssystemen Trägheitskräften (Zentrifugal- & Corioliskraft) Mathematischer Hintergrund Anwendungen in Alltag, Technik & TGA (30 cards)
Was ist ein Bezugssystem in der Physik?
→ Ein Rahmen, von dem aus Bewegungen beobachtet und beschrieben werden.
Was ist ein Inertialsystem?
→ Ein nicht beschleunigtes Bezugssystem, in dem die Newtonschen Gesetze gelten (z. B. ruhender Beobachter auf festem Boden).
Was ist ein nicht-inertiales Bezugssystem?
→ Ein beschleunigtes oder rotierendes System, in dem zusätzliche („Schein-“)Kräfte auftreten.
Warum braucht man nicht-inertiale Systeme?
→ Um Bewegungen aus sicht eines Mitfahrers zu beschreiben – z. B. in einem Fahrzeug oder Karussell.
Was ist eine Trägheitskraft?
→ Eine scheinbare Kraft, die nur im beschleunigten Bezugssystem auftritt – sie „kompensiert“ die fehlende Trägheitsreaktion.
Was bedeutet: „Trägheitskräfte sind keine echten Kräfte“?
→ Sie haben keinen physikalischen Ursprung, sondern entstehen aus dem Beobachtungsrahmen.
Wie erkennt man, ob man sich in einem nicht-inertialen System befindet?
→ Wenn Körper scheinbar ohne äußere Kraft abgelenkt oder beschleunigt werden.
Warum wirken Trägheitskräfte „selbstständig“?
→ Weil der Beobachter sich selbst beschleunigt, erscheinen ihm ruhende Objekte als bewegt.
Warum muss man Trägheitskräfte einführen?
→ Um in einem beschleunigten System trotzdem Newtons 2. Gesetz anwenden zu können.
Beispiele für nicht-inertiale Systeme:
→ Auto in Kurve, Flugzeug im Sinkflug, Karussell, rotierender Raum, bewegte Klimageräte in TGA
Was ist die Zentrifugalkraft?
→ Eine scheinbare, nach außen gerichtete Kraft, die im rotierenden Bezugssystem auftritt.
Formel Zentrifugalkraft:
𝐹z = 𝑚 ⋅ 𝜔² ⋅ 𝑟
ω = Winkelgeschwindigkeit,
r = Abstand zur Rotationsachse
Wann tritt die Zentrifugalkraft auf?
→ Bei Betrachtung aus einem rotierenden System – z. B. als Fahrgast in einem Karussell.
Richtung der Zentrifugalkraft?
→ Radial nach außen, vom Drehzentrum weg.
Was „fühlt“ man als Karussellfahrer?
→ Den Widerstand gegen die Zentripetalkraft → scheinbar wirst du „nach außen gedrückt“.
Was ist die Corioliskraft?
→ Eine Trägheitskraft, die auf bewegte Körper im rotierenden Bezugssystem wirkt und sie seitlich ablenkt.
Formel Corioliskraft:
𝐹𝐶 = 2 𝑚 ⋅ 𝑣 ⋅ 𝜔 ⋅ sin ( 𝜑 )
(v = Geschwindigkeit relativ zum System,
φ = geografische Breite)
Wo tritt die Corioliskraft auf?
→ Wenn sich ein Objekt in einem rotierenden System bewegt, z. B. auf der Erde.
Beispiel Corioliskraft:
→ Luft- oder Meeresströmungen auf der Erde werden abgelenkt – rechts auf Nordhalbkugel, links auf Südhalbkugel.
Wofür ist die Corioliskraft wichtig?
→ Für die Meteorologie,
Navigation,
Ballistik,
rotierende Systeme in der Technik.
Wo treten Trägheitskräfte in der TGA auf?
→ In rotierenden Anlagen:
Lüfter,
Kompressoren,
Ventilatoren,
rotierende Wärmetauscher.
Warum müssen TGA-Komponenten Trägheitskräfte berücksichtigen?
→ Weil Zentrifugalkräfte Material belasten und Corioliseffekte z. B. auf Luftverteilung oder Thermik Einfluss nehmen können.
Beispiel für Zentrifugalkraft TGA:
→ In rotierenden Wärmespeichern (z. B. Sorptionsrädern) wirkt Zentrifugalkraft auf die Speichermasse → Gehäuse muss ausgelegt sein.
Beispiel Gebäudetechnik:
→ In Aufzügen bei Beschleunigung treten scheinbare Gewichtszunahme/-abnahme auf → wichtig für Sicherheit, Steuerung.
