Die fliegende Murmel -
Experiment zu Zentrifugalkraft (Fliehkraft)
und Zentripetalkraft (Zentralkraft)

Eine in einem Glas schnell rotierende Murmel

Das Glas steht auf dem Kopf, aber die Murmel bleibt im Glas. Die Zentrifugalkraft, auch Fliehkraft genannt, macht es möglich.

Was wird gebraucht?

ein Weinglas
eine Murmel

Was ist zu tun?

Man nehme das Glas, lege die Murmel hinein und bewege es so, dass sich die Murmel darin schnell zu drehen beginnt. Dann drehe man das Glas vorsichtig um. Die Murmel darf dabei nicht langsamer werden.

Was ist geschehen?

Dreht sich ein Kettenkarussel, so wirkt die Zentrifugalkraft von der Mitte weg nach nach außen, und die Sitze fangen an zu fliegen. In diesem Fall wie auch im Experiment mit der Murmel ist die Zentrifugalkraft stärker als die Erdanziehungskraft. Dies erklärt, warum die Murmel nicht aus dem Glas fällt.
Was würde jedoch passieren, wenn sich das Glas, das die Murmel auf die Kreisbahn zwingt, plötzlich in Luft auflöste? Obwohl die Fliehkraft radial - also senkrecht zur Bewegungsrichtung - wirkt fliegt die Murmel keineswegs in diese Richtung: Sie fliegt geradaus weiter wie auf der Grafik zu sehen. Daran sieht man, dass die Zentrifugalkraft eine ganz merkwürdige Sache ist: Grafik zur Zentrifugal und Zentirpetalkraft: Murmel rotiert in einem Glas Sie existiert allein während der Drehbwegung und zwar ausschließlich für den sich bewegenden Körper. Sie wird daher auch als Scheinkraft bezeichnet, obwohl sie eine reale Wirkung hat und messbar ist. Ihren Ursprung hat die Zentrifugalkraft in der Trägheit von Körpern und sie ist umso stärker, je größer die Masse eines Körpers (siehe dazu den Versuch Ein Ei ist nicht zu bremsen).
Anders verhält es sich mit der so genannten Zentripetalkraft. Sie bezeichnet die Kraft, die einen rotierenden Körper auf eine Kreisebahn zwingt. Im Beispiel der Murmel wird sie durch das Glas aufgebracht, beim Kettenkarussel durch die Ketten und im Fall der Plantenbewegung durch die Gravitation.(Foto: Ernst Rose, Pixelio)

Zentrifugalkraft im Alltag

Die Zentrifugalkraft erleben wir auch, wenn wir im Auto flott um eine Kurve fahren. Dort werden wir nach außen gedrückt, nur dass uns Sicherheitsgurt und Karosserie daran hindern einfach wegzufliegen. Anders gesagt: Sie bringen die Zentripetalkraft auf, die uns auf der Kreisbahn hält.
Ein anderes beliebtes Beispiel für die Zentrifugalkraft ist die Zentrifuge. Sie wird verwendet, um Stoffe voneinander zu trennen. Mit ihrer Hilfe kann man beispielsweise Rahm, also Milchfett, und Milch trennen, um aus dem Rahm Butter herzustellen.
Zentrifugen bestitzen einen Motor, der ein Gefäß in schnelle Rotation versetzt. Die Geschwindigkeit kann dabei mehrere hunderttausen Umdrehungen pro Minute betragen. Stoffe mit einer großen Masse wandern aufgrund der Zentrifugalkraft nach außen und verdrängen dabei Stoffe mit einer kleinen Masse. Im Falle der Milch setzt sich die die schwerere Magermilch nach außen ab, und die leichtere Sahne bleibt innen zurück. Lässt man Rohmilch stehen, so setzt sich der Rahm von alleine ab, weil die in der Milch enthaltenen Fettkügelchen an die Oberfläche steigen.

Ähnliche Freihandversuche

Ein Ei ist nicht zu bremsen

Die eigenwillige Kerze

Physikalischer Mini-Versuch: Man nimmt einen Eimer, fülle ein wenig Wasser hinein und schwinge ihn an einer Hand schnell herum. Selbst wenn der Eimer Kopf steht läuft - dank der Zentrifugalkraft - kein Wasser heraus. Eine andere Variante dieses Versuches besteht darin einen Schlauch in den Eimer zu hängen, festzukleben, etwas Wasser anzusaugen und dann den Versuch wie eben zu wiederholen. Das Wasser wird durch die Zentrifugalkraft über den Schlauch aus dem Eimer gepumt. (Quelle: Nach einer Idee von Wissen macht Ah!)

Physikalischer Mini-Versuch zum Trägheitsgesetz: Jeder kennt den Versuch, in dem eine Tischdecke mit einem Ruck unter dem Geschirr weggezogen wird. Wenn man es richtig macht, bleibt das Geschirr stehen. Nach dem selben Prinzip - aber in einer risikofreien Variante - funktioniert das physikalische Experiment mit Glas, Münze und Spielkarte. Man legt die Karte auf das Glas und darauf die Münze. Dann schnickt man die Spielkarte weg. Die Karte fliegt weg, und die Münze fällt in das Glas. Der Grund für das Verhalten der Münze liegt in ihrer Trägheit.

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