Was ist gleichförmige Kreisbewegung?

Eine gleichmäßige Kreisbewegung ist, wenn sich ein Objekt mit konstanter Geschwindigkeit um einen perfekten Kreis bewegt. Perfekte Beispiele sind in der physischen Welt sehr selten, aber Annäherungen umfassen einen Reiter auf einem Karussell oder ein Pendel, das sich in einem Kreis parallel zum Boden bewegt. Während Planeten und Monde oft als Beispiele für gleichförmige Kreisbewegungen genannt werden, sind die meisten Planetenbahnen elliptisch und erfüllen weder die Forderung, dass die Geschwindigkeit immer gleich bleibt, noch dass die Bewegung kreisförmig sein muss.

Der Schlüsselaspekt einer gleichmäßigen Kreisbewegung besteht darin, dass sich die Richtung des Objekts ändert, während die Geschwindigkeit, mit der sich das Objekt relativ zur Umgebung bewegt, gleich bleibt. In der physikalischen Terminologie wird die Geschwindigkeit, mit der sich ein Objekt durch den Raum bewegt, als „Geschwindigkeit“ bezeichnet, während der Begriff „Geschwindigkeit“ sowohl die Bewegungsgeschwindigkeit als auch die Bewegungsrichtung gleichzeitig beschreibt. Für eine gleichmäßige Kreisbewegung ändert sich dann die Geschwindigkeit, während die Geschwindigkeit konstant ist.

Bei einer ungleichmäßigen Kreisbewegung hingegen ist die Geschwindigkeit, während sich das Objekt noch auf einer Kreisbahn bewegt, nicht konstant. Ein Auto, das zum Beispiel beim Einfahren in eine Kurve langsamer wird und dann beim Ausfahren schneller wird, bewegt sich auf einem Teil einer Kreisbahn, aber da sich die Geschwindigkeit des Autos ändert, handelt es sich nicht um eine gleichmäßige Kreisbewegung.

Eine gleichmäßige Kreisbewegung wird durch eine sogenannte Zentripetalkraft verursacht. Eine Kraft ist ein Stoß oder Zug; Zentripetalkraft ist die besondere Kraft, die ein Objekt dazu bringt, sich weiter im Kreis zu bewegen. Es verhindert, dass sich das Objekt in einer geraden Linie bewegt, indem es zum Mittelpunkt des Kreises gezogen wird, wodurch die Richtung des Objekts und damit seine Geschwindigkeit geändert wird. Die Zentripetalkraft drückt oder zieht jedoch nicht in die Richtung, in die sich das Objekt bewegt, sodass die Geschwindigkeit unverändert bleibt. Bei gleichförmiger Kreisbewegung hat diese Zentripetalkraft immer die gleiche Größe, wodurch sich das Objekt im Gegensatz zu einer anderen Form in einem Kreis bewegt.

Um einen Musterkoffer zu begutachten, gibt es einen Faschingsritt, bei dem Reiter an das Innere eines großen sich drehenden Zylinders geschnallt werden. Wenn sich der Zylinder mit einer festgelegten Geschwindigkeit bewegt, befinden sich diese Reiter in einer gleichmäßigen Kreisbewegung. Die nach innen drückende Zentripetalkraft ist im Druck der Zylinderwände gegen sie zu spüren. Wenn der Zylinder plötzlich verschwand, würden die Fahrer in geraden Linien davonfliegen. Glücklicherweise erzwingt der Druck des Zylinders ihre Bewegung stattdessen kreisförmig.