Versuchsdurchführung
Eine große Garnrolle mit einem Durchmesse von ca. 10cm ist mit einem Faden umwickelt und wird auf einem Tisch platziert. Beim Ziehen am Faden unter verschiedenen Winkeln zur Tischoberfläche, verhält sich die Garnrolle dabei unterschiedlich.
a) Flacher Winkel
Wird an dem Faden der Garnrolle unter einem Flachen Winkel gezogen, so folgt die Rolle der Zugrichtung des Fadens. Die Garnrolle rollt sich also auf.
b) Steiler Winkel
Wird an dem Faden nun in einem Steilen Winkel zur Tischoberfläche gezogen, so stellt man fest, dass sich die Garnrolle entgegen der Zugrichtung davonläuft. Sie rollt sich also ab.
c) Zugrichtung durch Auflagepunkt
Verläuft der Vektor der Zugkraft genau durch den Auflagepunkt der Garnrolle, so wird die Garnrolle nicht in Rotation versetzt, sondern rutscht über den Tisch ohne sich ab- oder aufzurollen.
Erklärung
Betrachtet man das resultierende Drehmoment
\(\vec{M}=\vec{r} \times \vec{F}\)
, so lassen sich alle drei Fälle anhand der Vorzeichen der auftretenden Vektoren erklären.
Während das Vorzeichen des Kraftvektors für alle Fälle gleich bleibt, so ändert sich das Vorzeichen des Verbindungsvektors \(\vec{r}\) für einen flachen bzw. steilen Zugwinkel.
Somit muss sich auch das Vorzeichen des Drehmoments für beide Fälle umkehren.
Es ändert sich also auch der Drehsinn der Garnrolle.
Für Fall c) wird der Verbindungsvektor \(\vec{r}\) zu 0, weshalb auch das resultierende Drehmoment verschwindet, sodass die Rolle nicht in Drehung versetzt wird, sondern ausschließlich über den Tisch gleitet.