F2: Wieso kann man beim Schaukeln Schwung holen?
Auf den ersten Blick erscheint es unmöglich, auf einer Schaukel selber Schwung holen zu können. Aber man weiß es ja aus eigener Erfahrung und sieht es täglich auf dem Spielplatz, dass es funktioniert! Wo liegt der Irrtum?
Mit etwas Physik im Kopf weiß man, dass man, wenn man an einem Seil hängt, lediglich Zugkräfte über dieses übertragen kann, und diese haben ihre Gegenkraft genau in der Aufhängug, weshalb kein Drehmoment übertragen werden kann und somit der Drehimpuls dadurch nicht beeinflusst wird (Er wird nur durch die Schwerkraft verändert, deren Wirkungslinie – außer im Tiefpunkt der Schaukelei – am Aufhängungspunkt vorbei geht: Der Betrag vom Drehmoment ist das Produkt von Kraft und Abstand ihrer Wirkungslinie vom Drehpunkt.)
Mit etwas Spielplatz-Erfahrung weiß man aber auch, dass man auf einem sich drehenden kleinen Karussell leicht das Gleichgewicht verliert, wenn man darauf zu einem bestimmten Punkt laufen will. Dazu sagt die Physik Coriolis-Kraft.
Diese Corioliskraft nun kann man als Variante 1 zum Schwungholen nutzen (Variante 2 folgt weiter unten!). Um das System zu vereinfachen, nehmen wir eine Schaukel an, die anstelle der Seil einige Stangen hat, also als starres gebilde drehbar gelagert ist. Zweitens nehmen wir an, dass ihre Masse allein in der Gondel konzentriert ist und für den Anfang gleich groß wie die Masse des Schaukelnden ist. Für die Modellierung dieses Gesamtobjekts gehen wir davon aus, dass sich die Masse des schaukelnden Menschen längs der Verbindungslinie zum Drehpunkt gesteuert verschieben lässt (wir bauen also im Computer-Modell quasi einen ROBOTER!), die dabei auftretenden Corioliskräfte von der Stange am Ort der Masse aufgenommen werden und somit ein Drehmoment ausüben und den Drehimpuls ändern. Zur Probe werden wir den Energiesatz heranziehen.
Das Spannende an diesem Verfahren ist, dass die Masse ja immer wieder an den Ausgangspunkt zurück muss, also eine periodische Bewegung bezüglich des Drehpunktes vollziehen muss, und dass die Schaukel ja auch eine periodische Drehbewegung vollführt. Offenbar müssen beide Perioden in einem einfachen Zusammenhang stehen, variabel ist aber auf jedenfall ihre Phasenbeziehung anzunehmen. Sie wird ein wichtiger Teil bei der Untersuchung am Modell-Roboter sein.
Um genau zu sein, müssen wir aber die Bewegung des physischen Pendel in Abhängigkeit von seiner Amplitude berücksichtigen können. Das ist weiter oben ja schon passiert (siehe !).
(geht gleich weiter!)
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