Die Zentrifugalkraft – Eine Übersicht

Die Zentrifugalkraft, mit der vor allem Sir Isaac Newton in Verbindung gebracht wird, ist eine physikalische Größe, die bei rotierenden Körpern und Massen eine große Rolle spielt.


Die Zentrifugalkraft ist vor allem in der Physik von Interesse, aber sie taucht auch im Alltag öfter auf, als man auf den ersten Blick glauben mag. Im Volksmund ist die Zentrifugalkraft meistens auch unter dem Begriff der Fliehkraft bekannt. Der Begriff Zentrifugalkraft leitet sich von dem lateinischen Wort 'fugere' ab, was so viel bedeutet wie 'fliehen'. Hier findet man auch den Zusammenhang mit dem Ausdruck Fliehkraft.

Physikalische Definition
Wenn sich ein Körper mit einer gewissen Winkelgeschwindigkeit in einem rotierenden Bezugssystem dreht, so wirkt auf die Massenpunkte des Körpers im Abstand R zur Drehachse eine Kraft, die Zentrifugalkraft. Sie setzt sich aus dem Produkt der Masse m, der Winkelgeschwindigkeit und dem Abstand R zusammen, wobei die Winkelgeschwindigkeit quadratisch eingeht. Um einen Körper in einem rotierenden Bezugssystem in Ruhe zu halten braucht man eine gleich große Gegenkraft zur Fliehkraft. Dies ist vor allem bei den Anwendungen im Alltag sehr wichtig, ansonsten würde zum Beispiel die Achterbahn nicht in der „Spur“ bleiben. Um dies aber genau zu berechnen muss man immer genau auf das Bezugsystem achten und ist im Allgemeinen nicht ganz einfach.

Zentripetalkraft im Alltag
Aus dem Alltag kennt man die Zentrifugalkraft wohl am ehesten von rotierenden Flüssigkeiten. Wenn man zum Beispiel ein Glas Wasser um die senkrechte Achse rotierten lässt, so nimmt die Wasseroberfläche eine gekrümmte Form ein. Salopp gesagt geht die Flüssigkeit am Rand nach oben. Um hier jetzt alles genau berechnen zu können, müsste man die Winkelgeschwindigkeit, die Masse und auch deren Abstand zur Drehachse kennen. Aber auch beim Wäschewaschen in der Waschmaschine tritt die Fliehkraft auf. Es können hier beim Schleudern mit 1.200 Umdrehungen bis zu knappen 4.000 m/s²  auftreten.

Der Fall Achterbahn
Viele Menschen fahren sehr gerne Achterbahn und es gibt immer wieder extremere Versionen. Doch in der Planung muss genau beachtet werden, was der menschliche Körper aushalten kann und natürlich auch die Statik. Gerade bei Loopings kann die Belastung sehr groß werden. Oben herrscht Schwerelosigkeit aber unten kann bis zu 5G auftreten, das heißt es wirkt das fünffache Körpergewicht auf den Menschen. Um dies schon bei der Planung zu berechnen wird die Zentrifugalkraft benötigt. Hier wird darauf geachtet, dass die Belastungen am Ende nicht zu groß werden.