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Zentripetalkraft

Die Zentripetalkraft wird auch als Radialkraft bezeichnet ist die Komponente der äußeren Kraft, die auf einen Körper wirken muss, zum Mittelpunkt des Krümmungskreises, damit sich der Körper im Inertialsystem auf einer Bahn mit Krümmung bewegen kann. Nach dem Trägheitsgesetz, würde sich der Körper ohne diese Kraft gleichförmig in Richtung des Tangentialvektor der Bahn, also des momentanen Geschwindigkeitsvektors bewegen. Diesen Effekt kann man zum Beispiel bei Funken beobachten, welche sich von einer Schleifscheibe abtrennen. Die Bewegung auf einer vorbestimmten Bahn, beispielsweise bei einer Achterbahn, verlangt eine Zentripetalbeschleunigung, die auch Radialbeschleunigung genannt wird. Die Zentripetalkraft wird durch Multiplikation mit der Masse errechnet.

Im Inertialsystem liegt die Zentripetalkraft senkrecht auf dem Geschwindigkeitsvektor. Damit erzeugt sie den Unterschied zur Zentrifugalkraft, der man nur Beachtung schenken muss, wenn man die Bewegung in einem beschleunigten Bezugssystem erklären will.

Was ist die Zentripetalkraft eigentlich?

Der Begriff Zentripetalkraft kommt aus dem lateinischen petere und bedeutet für streben nach, sich begeben zu. Isaac Newton führte ihn ein und verwendete den Begriff anders als heutzutage, in der Aussagekraft einer anziehenden Zentralkraft. Den Namen wählte Newton als gegensätzliche Bezeichnung zu der von Christian Huygens zuvor ernannten Zentrifugalkraft.
Eine Zentralkraft ist immer auf den gleichen Punkt gerichtet, die Zentripetalkraft zeigt immer zum Mittelpunkt des momentanen Krümmungskreises. Die einzige Ausnahme ist bei einer Kreisbewegung, dann ist die Zentripetalkraft eine Zentralkraft. In der Regel bedeutet das also, zum Beispiel bei einer Bahn mit Planeten, die elliptisch ist, zerfällt die Zentralkraft, welche zum Zentrum der Krümmung an diesem Ort gerichtet ist, in die Zentripetalkraft, die auf den Brennpunkt gerichtet ist und wird zur Tangentialkomponente. Die Tangentialkomponente steigert beziehungsweise reduziert die Geschwindigkeit des Planeten und fordert, dass er sich in der Nähe der Sonne rascher bewegt als wenn er von der Sonne entfernt ist.

Wenn ein Auto zum Beispiel in eine Kurve abbiegt, passiert das nur, weil eine zur Innenseite der Kurve gerichtete Zentripetalkraft ausgeübt wird. Zwischen Reifen und Fahrbahn ergibt sich eine Summe der Seitenkräfte und wirken auf das Fahrzeug ein. Bei Glatteis fehlt diese Kraft, und das Auto bewegt sich in gerader Linie weiter, und wird aus der Kurve raus getragen. Auf den Sitz des Fahrzeuglenkers wird eine Zentripetalkraft ausgeübt und der Insasse bewegt sich auf der gleichen Kreisbahn wie das Auto.

Die Erde nähert sich auf einer Kreisbahn der Sonne an. Diese Kreisbewegung wird durch die auf die Erde ausgeübte Gravitationskraft durch die Sonne hergeleitet. Die Sonne ist hier die Zentripetalkraft. Die Erdbahn ist wie alle Planet bahnen keine Kreisbahn, sondern eine Ellipsenbahn. Diese Gravitation zeigt als Zentralkraft auf die Sonne, welche in einem der Ellipsenbrennpunkte steht. Diese Zentralkraft hat aber eine leichte Differenz von der Zentripetalkraft, welche die zum Mittelpunkt der lokalen Bahnkrümmung gerichtet ist. Die Abweichung zwischen Zentralkraft und Zentripetalkraft ist eine Tangentialkomponente. Durch sie bewegt sich der Planet sich im Perihel rascher als, wenn die Sonne entfernt ist.

Elektronen, die sich senkrecht zu einem Magnetfeld fort bewegen, werden durch die Lorentzkraft in eine Kreisbahn umgelenkt, senkrecht zur Richtung der Bewegung und des Magnetfelds. Somit ist hier die Lorentzkraft die Zentripetalkraft.

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