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Versuchsdurchführung
a) Drehpendel
Der Faden eines ca. 50cm langen Kugelpendels ist durch ein kurzes Rohr geführt. Versetzt man die Kugeln in einer horizontalen Ebene in Rotation, so erhöht sich die Winkelgeschwindigkeit stark, wenn man den Radius der Bahnbewegung durch Ziehen am Faden verringert.
Erklärung
Der Drehimpuls ist gegeben durch
\(|\vec{L}|=\Theta \cdot \omega = m r^2 \omega\)
Aufgrund der Drehimpulserhaltung muss also die Winkelgeschwindigkeit ω zunehmen, wenn der Radius verringert wird.
b) Drehstuhl mit Hanteln
Eine Person setzt sich auf einen Drehstuhl und hält zwei Hanteln mit ausgestreckten Armen. Der Drehstuhl wird nun in Rotation versetzt.
Es wird beobachtet, dass sich die Winkelgeschwindigkeit stark erhöht, wenn die Person auf dem Drehstuhl die Hanteln nahe an den Körper heranzieht.
Erklärung
Auch hier muss aufgrund der Drehimpulserhaltung die Winkelgeschwindigkeit beim Heranziehen der Hanteln zunehmen, da der Drehimpuls mit angezogenen Hanteln geringer ist.
c) Drehstuhl mit Fahrradfelge
Eine Person setzt sich auf einen Drehstuhl und hält dabei die Achse einer Fahrradfelge, die eine Lauffläche aus Blei besitzt.
1. Felge vertikal andrehen
Die Person hält die Felge vertikal und dreht nun die Felge mit der Hand an. Dabei bleibt der Stuhl in Ruhe. Nun kippt die Person die Achse der Felge. Dabei beginnt der Stuhl sich zu drehen. Beim Zurückkippen in die Ursprüngliche Lage bleibt der Stuhl wieder stehen.
Beim Kippen der Achse in die entgegengesetzte Richtung, beginnt der Stuhl sich in die entgegengesetzte Richtung zu drehen.
2. Felge horizontal andrehen
Die Person hält die Felge horizontal und dreht die Felge mit der Hand an. Der Stuhl dreht sich dabei in die entgegengesetzte Drehrichtung der Felge.
3. Rotierende Felge übergeben
Die Felge wird in horizontale Rotation versetzt und an die Person auf dem Stuhl übergeben. Wird die Achse der Felge nun um 90° gekippt, so beginnt der Stuhl entgegengesetzt zur ursprünglichen Drehrichtung der Felge zu rotieren. Wird die Achse nun nochmals um 90° in gleiche Richtung gekippt, so rotiert der Stuhl mit doppelter Geschwindigkeit.
Die Felge kann ebenfalls anfangs in vertikale Rotation versetzt und an die Person auf dem Stuhl übergeben werde. Beim Kippen der Achse um 90° in eine Richtung beginnt der Stuhl jeweils entgegen der Drehrichtung der Felge zu rotieren.
d) Rohes und gekochtes Ei
Das gekochte Ei wird auf der glatten Tischoberfläche in Rotation versetzt. Das Ei wird nun mit der Hand kurz gestoppt und sofort wieder losgelassen. Das gekochte Ei bleibt nach dem Stoppen wie erwartet stehen.
Nun wird ein rohes Ei in Rotation versetzt und ebenfalls kurz gestoppt. Anders als beim gekochten Ei, dreht sich das rohe Ei allerdings nach dem Loslassen langsam in der ursprünglichen Richtung der Rotation weiter.
Erklärung
Der flüssige Inhalt des rohen Eis ist nur locker mit der Schale des Eis verbunden. Die Flüssigkeit im Inneren wird also nicht sofort in Ihrer Rotation gestoppt, wenn die Schale kurz abgestoppt wird. Durch die innere Rotation dreht sich das Ei nach dem abstoppen langsam weiter, da die Flüssigkeit im Inneren weiterrotiert.
e) Wassergefüllter Fahrradreifen
Der Schlauch eines Fahrradreifens ist mit Wasser gefüllt. Der Reifen wird nun in Rotation versetzt. Anschließend wird er kurz gestoppt und sofort wieder losgelassen. Nach dem Loslassen dreht sich der Reifen langsam in ursprünglicher Richtung der Rotation weiter.
Erklärung
Die Rotation des Wassers im Reifen wird nicht sofort gestoppt. Diese innere Rotation sorgt dafür, dass der Reifen nach dem Loslassen wieder beginnt zu rotieren.