Dieser Artikel erklärt, was Tangentialkraft in der Physik ist. So entdecken Sie die Bedeutung der Tangentialkraft, wie man die Tangentialkraft berechnet und eine gelöste Übung.
Was ist Tangentialkraft?
Die Tangentialkraft ist eine auf einen Körper wirkende Kraft, die eine ungleichmäßige Kreisbewegung beschreibt. Konkret verläuft die Tangentialkraft tangential zur Kreisbahn des Körpers und ist die Kraft, die bewirkt, dass der Körper seine Geschwindigkeit ändert.
Daher ist die Tangentialkraft die Kraft, die die Tangentialgeschwindigkeit eines Körpers verändert, der eine Kreisbahn beschreibt.
Wenn beispielsweise ein sich bewegender Körper eine Kreisbewegung ausführt und die auf ihn wirkende Tangentialkraft positiv ist, erhöht sich die Tangentialgeschwindigkeit des sich bewegenden Körpers, was bedeutet, dass sich der sich bewegende Körper immer schneller dreht.
Wie Sie im vorherigen Bild sehen können, verläuft die Tangentialkraft (F t ) tangential zur Bahn des Körpers, der die Kreisbewegung ausführt. Im Gegensatz dazu steht die Zentripetalkraft (F c ) senkrecht zur Tangentialkraft und zeigt zum Mittelpunkt der Kreisbahn. Im Folgenden werden wir sehen, was die Unterschiede zwischen Tangentialkraft und Zentripetalkraft sind.
Beachten Sie, dass die Tangentialkraft in einer MCU Null ist, da die Winkelgeschwindigkeit in diesen Fällen konstant ist und die Tangentialgeschwindigkeit daher ihren Wert nicht ändert.
Tangentialkraftformel
Die Tangentialkraft ist gleich der Masse des Mobiltelefons multipliziert mit der Tangentialbeschleunigung . Die Tangentialkraft lässt sich auch berechnen, indem man die Masse des Körpers mit der Winkelbeschleunigung und dem Radius der Kreisbahn multipliziert.
Die Formel für die Tangentialkraft lautet daher wie folgt:
Gold:
-
ist die Tangentialkraft.
-
ist die Masse des bewegten Körpers, der eine Kreisbewegung beschreibt.
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ist die Tangentialbeschleunigung (oder Linearbeschleunigung).
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ist die Variation der Tangentialgeschwindigkeit (oder Lineargeschwindigkeit).
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ist die zeitliche Variation.
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ist die Winkelbeschleunigung.
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ist der Radius der Bahn der Kreisbewegung.
Der Wert der Tangentialkraft muss wie folgt interpretiert werden:
- F t >0 : Wenn die Tangentialkraft positiv ist, bedeutet dies, dass die Größe der Geschwindigkeit des Mobiltelefons mit der Zeit zunimmt. Das Mobile beschreibt also eine Kreisbewegung mit positiver Winkelbeschleunigung.
- F t <0 : Wenn die Tangentialkraft negativ ist, bedeutet dies, dass die Amplitude der Geschwindigkeit des Mobiltelefons mit der Zeit abnimmt. Das Mobile beschreibt also eine Kreisbewegung mit negativer Winkelbeschleunigung.
- F t =0 : Wenn die Tangentialkraft gleich Null ist, bedeutet dies, dass die Größe der Geschwindigkeit des Mobiltelefons konstant ist. Das Mobile beschreibt daher eine gleichmäßige Kreisbewegung (MCU).
Beispiel einer Tangentialkraftberechnung
Sobald wir die Definition der Tangentialkraft und ihre Formel kennengelernt haben, sehen wir ein gelöstes Beispiel dafür, wie diese Art von Kraft berechnet wird.
- Ein bewegter Körper mit der Masse m=7 kg beschreibt eine Kreisbewegung mit gleichmäßig beschleunigter Geschwindigkeit. Zum Zeitpunkt t i = 2 s hat es eine Tangentialgeschwindigkeit von 5 m/s und zum Zeitpunkt t f = 6 s hat es eine Tangentialgeschwindigkeit von 11 m/s. Welche Tangentialkraft wirkt auf das Mobile?
Um die Tangentialkraft zu ermitteln, müssen wir die Formel aus dem vorherigen Abschnitt anwenden:
In diesem Fall liefert uns das Problem bereits alle notwendigen Daten, also setzen wir die Werte in die Formel ein und berechnen die Tangentialkraft:
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Tangentialkraft dazu führt, dass die Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers gleichmäßig zunimmt, sodass der sich bewegende Körper eine gleichmäßig beschleunigte Kreisbewegung (MCUA) ausführt.
Tangentialkraft und Zentripetalkraft
Abschließend werden wir sehen, was der Unterschied zwischen Tangentialkraft und Zentripetalkraft ist, da dies die beiden Kräfte sind, die bei kreisförmigen Bewegungen auftreten.
Die Zentripetalkraft ist die Kraft, die den Körper dazu bringt, seine Richtung in einer Kreisbewegung zu ändern. Die Zentripetalkraft ist eine radiale Kraft, die bei Kreisbewegungen auftritt und auf den Mittelpunkt der Kreisbahn zeigt.
Der Unterschied zwischen der Tangentialkraft und der Zentripetalkraft besteht also darin, dass die Tangentialkraft das Geschwindigkeitsmodul des Mobiles verändert, das eine Kreisbewegung beschreibt, andererseits ändert die Zentripetalkraft die Richtung der Geschwindigkeit des Mobiles.
Darüber hinaus tritt die Zentripetalkraft bei jeder Art von Kreisbewegung auf, da sie die Kraft ist, die das Mobiltelefon dazu bringt, eine kreisförmige Flugbahn auszuführen. Bei gleichförmiger Kreisbewegung ist die Tangentialkraft jedoch Null, da die Geschwindigkeit des bewegten Körpers konstant ist.