Mechanik
Rotation und Trägheit
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Fliehkraft einfach erklärt 

Die Fliehkraft (Zentrifugalkraft) ist eine Kraft, die nur bei Drehbewegungen und Kreisbewegungen auftritt. Sie zeigt immer vom Mittelpunkt der Drehbewegung nach außen. Ihre Ursache ist die Trägheit des sich drehenden Körpers.

Das heißt, du spürst die Fliehkraft nur, wenn du dich selbst im drehenden System (Bezugssystem) befindest. In einem Kettenkarussell zum Beispiel ist sie die Kraft, die dich im Sitz nach außen drückt. 

 Du berechnest die Fliehkraft mit der Formel:

    \[F = m \cdot \frac{v^2}{r}\]

  • F ist die Fliehkraft in Newton [N]
  • m ist die Masse in Kilogramm [kg]
  • v ist die Geschwindigkeit in Meter pro Sekunde [m/s]
  • r ist der Radius des Kreises/der Kurve in Meter [m]

Damit der sich drehende Körper nicht wegfliegt, wirkt immer eine gleich große Gegenkraft zur Fliehkraft. Du nennst sie Zentripetalkraft. Im Karussell wirkt die Kraft entlang der Seile zum Mittelpunkt der Drehung. 

Formel Fliehkraft berechnen 

Die Formel zur Berechnung der Fliehkraft F lautet F = m • v2/r. Dabei ist m die Masse, v die Geschwindigkeit und r der Radius der Kreisbewegung. Wie jede Kraft gibst du sie in der Einheit Newton (N) an.

Du kannst sie aber auch auf zwei weitere Arten berechnen. Entweder rechnest du mit der Radialbeschleunigung oder du rechnest mit der Winkelgeschwindigkeit:

F = m • a F = m • r • ω2
  • F ist die Fliehkraft in Newton (N)
  • m ist die Masse in Kilogramm (kg)
  • a ist die Radialbeschleunigung in Meter pro Quadratsekunde (m/s2)
  • F ist die Fliehkraft in Newton (N)
  • m ist die Masse in Kilogramm (kg)
  • r ist der Radius des Kreises/der Kurve in Meter (m)
  • ω ist die Winkelgeschwindigkeit in Radiant pro Sekunde (rad/s). Sie wird berechnet durch ω = 2π • f (f = Frequenz der Kreisbewegung) 

Fliehkraft berechnen: Beispiel Auto 

Um dir die Berechnung der Fliehkraft etwas zu veranschaulichen, schau dir das folgende Beispiel an.

Stell dir vor, ein fährt Auto eine Kurve entlang. Die Kurve hat einen Radius von 20 Meter und das Auto hat eine Geschwindigkeit von 60 km/h. Wie groß ist die Fliehkraft, die auf eine Persion im Inneren des Autos wirkt, wenn sie 60 Kilogramm wiegt?

Um die Fliehkraft zu berechnen, benötigst du die Formel:

    \[F = m \cdot \frac{v^2}{r}\]

Bevor du die Werte in die Formel einsetzt, passt du die Einheit der Geschwindigkeit an. Dafür formst du die Einheit Kilometer pro Stunde (km/h) in Meter pro Sekunde (m/s) um:

    \[60 \, \frac{\text{km}}{\text{h}} = 16,67 \, \frac{\text{m}}{\text{s}}\]

Jetzt setzt du die Werte für die Masse m, den Radius r und die Geschwindigkeit v in die Formel ein und berechnest die Fliehkraft:

    \[ F = 60 \, \text{kg} \cdot \frac{(16,67 \, \frac{\text{m}}{\text{s}} )^2}{20 \, \text{m}}\]

    \[F = 833,66 \, \text{N}\]

Während der Kurvenfahrt erfährst du also eine Kraft von 833,66 N, die dich im Auto vom Kurvenmittelpunkt wegdrückt.

Fliehkraft berechnen: Beispiel Kettenkarrussel 

Stell dir vor, du fährst mit einem Kettenkarussell. Das Kettenkarussell dreht sich dabei so schnell, dass du im Sitz eine Radialbeschleunigung von 12 m/s2 erfährst. Angenommen du wiegst 60 Kilogramm, wie groß ist die Fliehkraft?

Um die Fliehkraft in diesem Beispiel zu berechnen, benötigst du die Formel:

F = m • a

Hier setzt du jetzt die Werte für die Masse m und die Radialbeschleunigung a ein und errechnest die Fliehkraft gleich 720 N

F = 60 kg 12 m/s2

F = 720 N

Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft

Die Zentripetalkraft kommt wie die Fliehkraft (= Zentrifugalkraft) bei Kreisbewegungen vor. Sie ist aber der Fliehkraft entgegengerichtet und zeigt dadurch immer zum Kreismittelpunkt. Außerdem sind die beiden Kräfte immer gleich groß.

Deswegen berechnest du sie auch mit den gleichen Formeln. Um ihre Unterschiede und die Herleitung ihrer Formeln zu sehen, schau dir unseren Beitrag zu Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft an!

Zum Video: Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft
Zum Video: Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft

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