Zentrifugalkraft

Zentrifugalkraft ist in der Physik die scheinbare Kraft, die in einem rotierenden Bezugssystem auftritt. Sie gehört zu den Pseudo-Kräften, die auftreten, weil Newtons Gesetze in nicht-inertialen Systemen angepasst werden müssen. Im Inertialsystem gibt es stattdessen eine Zentripetalkraft, die das Objekt zum Zentrum der Kreisbahn zieht; aus der Sicht eines rotierenden Rahmens wirkt zusätzlich eine Kraft nach außen.

Mathematisch ergibt sich in einem Rotationsrahmen mit Winkelgeschwindigkeit ω und Abstand r vom Drehzentrum die Zentrifugalkraft F_zf = m ω^2 r, wobei m die Masse ist. Da die Bahngeschwindigkeit v = ω r gilt, lässt sich auch F_zf = m v^2 / r schreiben. Die Zentrifugalkraft wirkt im Rotationsrahmen ständig nach außen und kann dort im Gleichgewicht mit anderen Kräften stehen, wenn das Objekt relativ zum Rahmen stillhält.

Beziehung zu anderen Konzepten: Die Zentrifugalkraft ist keine reale Kraft, sondern eine Folge der Verwendung eines beschleunigten Rahmens. Sie kann durch Wahl eines Inertialsystems eliminiert werden. Sie steht im Zusammenhang mit der Corioliskraft, einer weiteren Pseudo-Kraft, die bei Bewegungen in rotierenden Systemen auftritt. Beide Kräfte ergeben sich aus der Nicht-Inertialität des gewählten Bezugssystems.

Anwendungen: In Zentrifugen erzeugt die Zentrifugalkraft eine effektive Gravitationsbeschleunigung, die Dichteunterschiede trennt. Ingenieurtechnisch beeinflusst sie die Auslegung rotierender Bauteile. In der Raumfahrt dient sie zur Simulation von Gravitation in drehenden Raumstationen; in der Geophysik hilft sie bei der Beschreibung von Massenverteilungen in rotierenden Systemen.