PhysProf - Kreisbahnbewegung - Drehgeschwindigkeit - Rechner

PhysProf - Mechanik - Kinematik - Eine Simulationssoftware zur Visualisierung physikalischer Sachverhalte mittels Computeranimationen zur Unterstützung des Unterrichts naturwissenschaftlicher Fächer und den Einsatz in MINT-Fächern als Ergänzung zum verwendeten Unterrichtsmaterial.

Online-Hilfe für das Modul
zur Analyse der Zusammenhänge, die bei der
Ausführung gleichförmiger Bewegungen und gleichförmig beschleunigter Bewegungen auf einer Kreisbahn vorherrschen.

 

 

Durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Schaltfläche können Sie eine kostenlose Demoversion des Programms PhysProf 1.1 herunterladen.


 

Das Unterprogramm [Mechanik I] - [Kreisbahnbewegung] ermöglicht es, sich Zusammenhänge, welche bei gleichförmigen Bewegungen auf Kreisbahnen vorherrschen, zu verdeutlichen.

Bewegung zweier Objekte auf Kreisbahnen

Bewegung eines Objekts auf einer Kreisbahn

Als gleichförmige Rotationsbewegung wird eine Bewegung bezeichnet, bei welcher sich ein Körper mit einem konstanten Geschwindigkeitsbetrag auf einer Kreisbahn bewegt (hierbei ändert sich die Richtung der Geschwindigkeit). Der Körper wird durch das Einwirken der Radialkraft kontinuierlich auf der Kreisbahn gehalten.

Hierbei führen alle im Drehmittelpunkt liegenden Massenelemente eines starren Körpers eine Bewegung auf einer Kreisbahn aus. Dies ist eine Umfangsbewegung. Ebensolches gilt für die Bewegung einer Punktmasse im Abstand r > 0 um eine Drehachse.

Unter einer konstanten Winkelgeschwindigkeit ω versteht man das Verhältnis des Drehwinkels zu der für die Drehung benötigten Zeit. Die Bahngeschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit) eines Körpers errechnet sich aus:

Dessen konstante Beschleunigung beträgt:

Die für eine Umdrehung benötigte Zeitdauer T ergibt sich aus:

Hierbei sind:

v: Geschwindigkeit [m/s]

ω: Kreisfrequenz [1/s]

a: Beschleunigung [m/s²]

T: Dauer einer vollen Umdrehung [s]
 

Programmbedienung

Mit Hilfe dieses Unterprogramms können o.a. Sachverhalte untersucht werden.

Wird der Kontrollschalter Zwei Kreise aktiviert, so bewegen sich bei Ausführung einer Simulation zwei Massenpunkte mit konstanten Geschwindigkeitsbeträgen auf zwei (verschiedenen) Kreisbahnen. Dargestellt werden die Geschwindigkeitsvektoren der beiden Objekte. Das Programm ermittelt hierbei deren Kreisfrequenzen, deren Beschleunigungen, deren Umlaufdauern, sowie die Winkeldifferenzen, die diese Massen auf der zu durchlaufenden Kreisbahn besitzen und gibt diese aus. Legen Sie in diesem Fall zunächst mittels den zur Verfügung stehenden Rollbalken die Bahngeschwindigkeiten v1 und v2, sowie die Radien r1 und r2 der beiden Kreise fest.

Bei einer Aktivierung des Kontrollschalter Ein Kreis können oben aufgeführte Sachverhalte unter der Ausführung einer Simulation mit nur einem Kreis analysiert werden. Verwenden Sie hierbei die zur Verfügung stehenden Rollbalken um die konstante Bahngeschwindigkeit v, welche das Objekt auf der Kreisbahn besitzen soll, sowie dessen Radius r festzulegen. Das Programm gibt die Werte für Beschleunigung a des Massenpunkts, die Kreisfrequenz ω, sowie die für eine Umdrehung benötigte Zeitdauer T aus. Zudem wird die aktuelle Winkelposition des sich auf der Kreisbahn bewegenden Massepunkts angezeigt.

Bedienen Sie die Schaltfläche Start, so wird die entsprechende Bewegung ausgeführt. Durch die Bedienung der Schaltfläche Urzustand wird die Darstellung wieder in deren Anfangszustand versetzt.
 

Eine kleine Übersicht in Form kurzer Beschreibungen und Bilder über einige zu diesem Fachthemengebiet implementierte Unterprogramme kann unter Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Mechanik aufgerufen werden.
 

Hilfreiche Informationen zu diesem Fachthema sind unter Wikipedia - Kreisbahnbewegung zu finden.

Nachfolgend finden Sie ein Video zu diesem Fachthema, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks
auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

4-Takt-Ottomotor - Impulssatz - Gleichförmige und gleichförmig beschleunigte Bewegung - Bewegung und Geschwindigkeit - Geschwindigkeit und Beschleunigung - Wellen - Druck in Flüssigkeiten - Ideale Strömung - Kinetische und potentielle Energie - Brownsche Bewegung - Molekularbewegung - Harmonische Schwingungen - Kreisbahnbewegung - Auftrieb - Geneigte Ebene - Freier Fall - Waagerechter und schiefer Wurf - Pendel - Chaos-Doppelpendel - Gedämpfte mechanische Schwingung- Rolle und Flaschenzug - Balkenwaage - Hebelgesetz - Zweites Newtonsches Gesetz - Drittes Newtonsches Gesetz - Mechanische Arbeit - Hookesches Gesetz

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