Wie du bereits gelernt hast ist ein Motorrad ein

zweirädriges Motorfahrzeug, das für den

Personentransport, Freizeitspaß und bei vielen anderen

Gelegenheiten genutzt wird. Extreme sportliche

Anwendungen verlangen vom Motorrad hohe

Geschwindigkeiten auf Rundkursen. Es gibt eine spezielle

Geschwindigkeitsbegrenzung um ein Motorrad in der

Kurve oder einer Kreisbahn zu halten. Diese

Höchstgeschwindigkeit hängt vom Kurvenradius, seinen

Rädern und der Fahrbahnoberfläche ab. Motorradfahrer

müssen diese Geschwindigkeitsbegrenzung genau

beachten, damit sie nicht zu Sturz kommen und sich dabei

schwer verletzen.

- Welche Faktoren beeinflussen den Sturz eines Motorrads?

- Kommt ein leichtes Motorrad schneller aus der Spur als ein

schweres?

Willst Du wissen wie ein Motorrad mit Hochgeschwindigkeit

durch eine Kreisbahn fährt? Mit Hilfe des folgenden

Experiments erhältst Du eine Antwort auf diese Fragen.

Lerne alles über die Zentrifugalkraft und welche Faktoren sie

beeinflussen.

01 02

Schwierigkeitsgrad

Benötigtes Material:®- Engino (STH22).

- DIN A4 Papier, Schere, Klebstoff

- ca. 50 cm lange Schnur

Das Motorradfahren in einem Motodrom ist eine

Extremsportart, bei der die Motorradfahrer mit

Höchstgeschwindigkeit auf der Innenwand eines

zylinderartigen Aufbaus, der "Steilwand", im Kreis fahren. Führe

das folgende Experiment durch und beobachte was passiert.

Motordrome

Lehrstoff:

Was ist die Zentrifugalkraft?

Von welchen Faktoren wird sie

beeinflusst?

Entdecke:Zentrifugalkraft

Durchführung:

1. Baue entsprechend der Anleitung

das Modell eines Motodroms.

2. Drucke die letzte Seite aus und

baue wie gezeigt einen konischen

Hohlraum. Löse die 1. Aufgabe.

3. Lege die Masse A (Bauteil) in den

konischen Hohlraum. Halte das

Modell von unten fest und drehe

dann den Hohlraum mir den Fingern

im Kreis. Löse die 2. Aufgabe.

2. Dreht sich die Masse A im konischen Hohlraum oder bleibt sie am

Boden liegen? Erkläre den Vorgang.

Experimente mit dem Motodrom

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1. a) Lege den konischen Hohlraum auf sein Gestell, b)mache wie gezeigt mit

einem Stift vier Löcher in das Papier und c) befestige dann ein Ende der Schur

unten an der Rolle im Gestell.

Masse A

step A

step B

03

3. a) In welchem Fall fliegt die Masse A aus dem Hohlraum? Welcher Faktor

hat sich verändert, nachdem du die Schnur mehrfach um die Rolle gelegt

hast?

b) Erkläre weshalb die Masse A aus dem konischen Hohlraum geflogen ist.

4. Zeichne ein ✔ in die Box, welche zuerst aus dem Hohlraum fliegt.

5. Welche Masse fliegt zuerst heraus? Erkläre den Vorgang.

Theory

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04

Theorie

Eine Kreisbewegung ist eine Rotation bei der sich die Bewegung

kreisförmig um einen Punkt bewegt. Auf jedes Objekt in einer

Kreisbewegung wirkt eine Kraft ein, die es von seinem geraden Weg

nach innen zieht und in einer Kreisbahn hält. Das 2. Newtonsche

Gesetz beschreibt die Zusammenhänge von Kraft, Masse und

Geschwindigkeit bei Bewegungsänderungen. Wie du im folgenden

sehen wirst, gelten bei Kreisbewegungen entsprechende

Zusammenhänge. Beispiele für Kreisbewegungen findest du bei

einem Motorradrennen auf einem Rundkurs.

Jedes Objekt in einer Kreisbewegung ist der Zentripetalkraft

ausgesetzt. Das ist die Kraft, die von außen auf das Objekt einwirkt

und es in Richtung Kreismittelpunkt zieht, also den Punkt um den

es kreist. Außerdem wirkt bei Kreisbewegungen auf Objekte eine

entgegengesetzte von der Rotationsachse nach außen gerichtete

Kraft. Diese Zentrifugalkraft wird durch die Trägheit des Objekts

verursacht (dem Widerstand eines Körpers gegen eine Änderung

seiner Bewegungsrichtung). Deshalb ist sie eine "Scheinkraft", weil

sie nicht auf dem Reaktionsprinzip basiert, sondern sich "nur" aus

Masse und Geschwindigkeit ergibt. Auf einer Kreisbahn besteht

zwischen Zentrifugalkraft und Zentripetalkraft ein dynamisches

Gleichgewicht.

Kreisbewegung

Mass A Mass B

st1 Fall

nd2 Fall

rd 3 Fall

Zentripetal- und Zentrifugalkraft

Richtung

der Bewegung

Zentrum

Zentripetalkraft Zentrifugalkraft

Durchführung:

4. Beachte, dass die Masse A in

jedem Fall im konischen Hohlraum

platziert wird. Für den 1.,2. und 3. Fall

legst du die Schnur jeweils einmal,

zweimal und dreimal um die Rolle +

spanne die Schnur. Halte dann das

Modell unten fest und ziehe an der

Schnur. Löse die 3. Aufgabe.

5. Lege die Masse B zusammen mit

der Masse A in den konischen

Hohlraum und lege die Schnur

dreimal um die Rolle. Halte das

Modell wieder unten fest und ziehe

an der Schnur. Wiederhole

den Vorgang dreimal und

beobachte welche Masse

zuerst aus dem Hohlraum

fliegt. Löse die 4. und 5.

Aufgabe.

Masse B

0605

QuizAufgabe

a) Das Motorrad unten fährt im Kreis. Zeichne ein wie

Zentrifugal- und Zentripetalkraft auf es wirken.

b) Nimm an, daß auf das Motorrad eine Zentripetalkraft

in der Größe von 100N und eine Zentrifugalkraft von

120N wirken. Erkläre ob das Motorrad auf seiner

Kreisbahn verbleibt.

Wissensprüfung: Prüfe was du gelernt hast!

Was ist eine Kreisbewegung?

Welcher Zusammenhang besteht zwischen Zentripetal- und Zentrifugalkraft?

Was bestimmt das 2. Newtonsche Gesetz?

Ist die Geschwindigkeit bei einer Kreisbewegung konstant?

Was beschreibt die Radialbeschleunigung?

Das 2. Newtonsche Gesetz besagt , daß die Summe der Kräfte die

auf einen Körper wirken gleich der Masse des Objekts multipliziert

mir seiner Beschleunigung ist (Beschleunigungsprinzip). Dabei

benutzt Newton den Begriff "Masse" um die Gesamtmaterie eines

Objekts zu beschreiben. Befindet sich z.B. ein Wurfhammer in

Bewegung, dann entspricht die resultierende Kraft der

Zentrifugalkraft. Es gelten die folgenden Zusammenhänge: a) bei

gleicher Masse gilt, daß je größer die Kraft desto größer die

Beschleunigung und b) um die gleiche Beschleunigung zu

erreichen wird je größer die Masse desto mehr Kraft benötigt.

Um die Beschleunigung zu verstehen müssen wir zuerst eine

Vorstellung davon haben was Geschwindigkeit ist. Jedes bewegte

Objekt hat eine Geschwindigkeit. Sie beschreibt wie schnell das

Objekt eine bestimmte Distanz zurücklegt. Einfach gesagt, je

kürzer die Zeit ist in der man eine bestimmte Strecke zurücklegt

umso schneller ist man. Die Geschwindigkeit eines Objekts auf

einer Kreisbahn ändert sich ständig, weil es seine Richtung

ändert. Die Beschleunigung gibt an wie schnell sich die

Geschwindigkeit eines Objekts ändert, von langsam zu schnell

und umgekehrt. Die Radialbeschleunigung gibt an wie oft sich bei

der Bewegung auf einer Kreisbahn die Geschwindigkeit ändert.

Auf jedes Objekt in einer Kreisbewegung wirkt eine Kraft die es

von seiner gradlinigen Bewegung nach innen zieht und auf einer

Kreisbahn hält

2. Newtonsches Gesetz

Geschwindigkeit und Radialbeschleunigung

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0807

01

x4

01

motordrome

a) Drucke die Seite auf DIN A4 aus.

b) Schneide den Vordruck mit einer Schere entlang der gepunkteten Linie aus.

b) Klebe den Vordruck an den gekennzeichneten Verbindungspunkten zusammen.

Verbindungspunkete