F2.3 Sitzendes Aufschaukeln an der Seil-Schaukel: Drehbewegung mit zusätzlich beschleunigt rotierender „Hantel“
Wir alle kennen es schon seit Kindesbeinen: Man kann mit einer „schaukelnden Bewegung“ auf der Schaukel „Schwung holen“, sogar aus der völligen Ruhe!
Aber wie greift das physikalisch ineinander, dass unser Ziehen am Strick der Schaukel, mit dessen Hilfe (und mit der der Bauchmuskeln) wir Beine und Oberkörper gegeneinander bewegen können, schließlich dazu führt, dass wir zusammen mit dem Schaukelbrett hin- und herschwingen?
Das Modell dafür können wir schrittweise komplizierter bauen:
Variante 1: An einer drehbar gelagerten starren Stange hängt eine symmetrische starre Hantel aus zwei (gleichen!) Punktmassen, die durch einen Motor in ihrem Schwerpunkt ein Drehmoment erfährt. Dadurch werden beide Massen um ihren gemeinsamen Schwerpunkt tangential beschleunigt, erlangen aber um den Aufhängungspunkt der Schaukel wegen des unterschiedlichen Abstands einen unterschiedlichen Drehimpuls. Der wird durch eine Beschleunigung des Hantel-Schwerpunkts ausgeglichen.
Variante 2: Beide Massen sind unterschiedlich groß.
Variante 3: Das Hantel-Drehmoment wird nicht durch den Modell-Roboter im Hanteldrehpunkt erzeugt, sondern durch eine Hebelwirkung am Seil (dieses ersetzt jetzt die Stange), wobei das straffe Seil zusätzlich selbst durch die Roboter-„Hände“ oberhalb des Schaukel-Sitzes (gleich Hantel-Schwerpunkt) „geknickt“ wird, was den Abstand des Hantel-Schwerpunkts zum Schaukeldrehpunkt verändert.
Variante 4: Die Hantel selbst kann geknickt werden (Hantel-Schwerpunkt nicht mehr im Schaukel-Sitz).
Das ist ein Riesen-Programm, dessen Erfüllung wir mit der Erfahrung aus F2.2 bewältigen zu können hoffen dürfen.
Wir beginnen mit
Variante 1
Mit einem festen Glauben an die Drehimpuls-Erhaltung im System mit mehreren Drehpunkten könnten wir uns zur Ruhe setzen. Aber wir wollen es ja erstens im Detail verstehen und zweitens mit den Parametern des Modells spielen können, also bauen wir dieses virtuell auf.
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