Der Rummel ist in der Stadt! Opa Horst hat Max und Moritz eingeladen. Auf dem Plan stehen das Kinderkarussell („für die Kleinen, aber wir sind ja nicht kleinlich“), der Air-Hockey-Tisch, der gefürchtete Rotor, Opas selbstgebaute Looping-Seifenkiste und zum Schluss die Heimfahrt im Trabi über die Steilkurve der alten Rennbahn. Sir Isaac Newton ist auch wieder da. Er hat eine Tüte gebrannte Mandeln und eine sehr strenge Meinung zur Zentrifugalkraft. Lumi, der Lichtfleck, fährt überall mit. Lumi hat keine Masse und spürt deshalb nie etwas.
Die Sprüche sind albern, die Zahlen nicht: Alles wird exakt gerechnet (g = 9,81 m/s², Luftwiderstand vernachlässigt, Personen und Wagen als Massenpunkte). Für die Oberstufe, Klasse 11.
Max sitzt außen auf dem Feuerwehrauto, Moritz innen auf dem Pferdchen, Lumi in der Mitte auf der Achse. Alle drei drehen sich in derselben Zeit einmal herum. Trotzdem behauptet Max, er sei „viel schneller“. Wer hat recht?
Setz Max und Moritz auf denselben Abstand. Was ist dann mit den beiden Geraden im unteren Diagramm?
Auf dem Air-Hockey-Tisch schwebt der Puck reibungsfrei auf einem Luftpolster. Moritz hat ihn mit Opas Angelschnur an einen Kraftmesser in der Tischmitte gebunden. Max dreht ihn an, danach kreist der Puck gleichförmig. Der Puck wird nicht schneller und nicht langsamer. Warum braucht man dann überhaupt eine Kraft? Und was passiert, wenn die Schnur reißt?
Schneide die Schnur durch, einmal mit ruhender und einmal mit mitdrehender Kamera. Fliegt der Puck „nach außen“?
Der Rotor ist eine riesige Trommel (Radius 2,5 m). Man stellt sich mit dem Rücken an die Wand, die Trommel dreht sich immer schneller, und dann sinkt der Boden um 0,8 m ab. Wer genug Haftreibung hat, bleibt an der Wand „kleben“. Moritz trägt seine Regenjacke, Opa Horst seine gute Strickjacke. Lumi schaut von draußen zu, Sir Isaac auch.
Die große Frage: Was drückt Moritz an die Wand? Moritz sagt: „Die Zentrifugalkraft, ich spür's doch!“ Lumi sagt: „Gar nichts, du willst nur geradeaus!“ Beide haben recht, jeder in seinem Bezugssystem. Schalte um.
Gib Moritz und Opa dieselbe Jacke. Opa ist fast dreimal so schwer. Wer rutscht zuerst?
Opa Horst hat aus Dachlatten eine Loopingbahn gebaut. Der Wagen rollt innen auf der Bahn, es gibt keine Schiene, die ihn festhält. Moritz (mit Wagen 50 kg) startet in der Höhe h und rollt reibungsfrei hinunter. Wie hoch muss der Start mindestens sein, damit Moritz oben im Looping nicht herunterfällt? Opa hat vorsichtshalber überall Schaumstoff angeklebt.
Tipp: Probier zuerst die Hälfte deiner Vermutung. Moritz hat einen Helm auf.
Auf dem Heimweg nimmt Opa Horst die Abkürzung über die alte Rennbahn. Im Trabi sitzen Opa, Max und Moritz, zusammen 795 kg (Trabi 615 kg, Opa 96 kg, Max 48 kg, Moritz 36 kg). Auf der Hutablage steht ein Becher Limo. Die Kurve ist um den Winkel α zur Kurvenmitte hin geneigt. Bei welcher Geschwindigkeit braucht der Trabi gar keine Reibung?
Stell Glatteis ein und suche die eine Geschwindigkeit, bei der der Trabi trotzdem durchkommt. Schau dabei auf die Limo.
| Inertialsystem (Lumi steht draußen) | Rotierendes System (Moritz fährt mit) | |
|---|---|---|
| Moritz … | bewegt sich auf einem Kreis, wird ständig beschleunigt | ruht an der Wand |
| Kräfte waagerecht | nur die Wand drückt nach innen, das ist die Radialkraft | Wand drückt nach innen, Zentrifugalkraft zieht nach außen |
| Bilanz | Resultierende ≠ 0, darum Kreisbahn statt Gerade | Kräftegleichgewicht, darum Ruhe |
| Schnur reißt | Körper fliegt tangential geradeaus | Körper bewegt sich auf einer Spirale nach außen |