Zentripetalkraft

Zentripetalkraft ist der Begriff für die zur Kreismitte gerichtete resultierende Kraft, die eine Bewegung auf einer kreisförmigen Bahn verursacht oder aufrechterhält. Es ist keine eigenständige Kraftform, sondern die radiale Komponente der real wirkenden Kräfte, die auf ein Objekt wirken. Die Bewegung im Kreis besitzt eine Radialbeschleunigung a_r, die immer in Richtung des Kreismittelpunkts zeigt.

Für ein Objekt der Masse m, das sich auf einem Kreis mit Radius r mit der Geschwindigkeit v bewegt, gilt: Die Zentripetalkraft F_z = m v^2 / r = m ω^2 r, wobei ω die Winkelgeschwindigkeit ist (ω = v/r). Die Richtung der Zentripetalkraft ist stets zum Kreismittelpunkt gerichtet. Ggf. gilt allgemein F_r = m v^2 / r als Radialanteil der Nettokraft, mit a_r = v^2 / r, wenn Geschwindigkeit oder Radius nicht konstant sind.

Beispiele und Anwendungen: In der Himmelsmechanik liefert die Gravitationskraft zwischen zwei Körpern die Zentripetalkraft, die eine Kreisbahn des Satelliten ermöglicht. Im Fahrzeugverkehr sorgt die Reibung zwischen Reifen und Straße dafür, dass eine Innenkraft entsteht, die das Auto in der Kurve führt. In der Physik des Pendels lässt sich die notwendige Zentripetalkraft durch die Seilspannung oder andere unterstützende Kräfte bereitstellen. Zentripetalkraft spielt zudem eine zentrale Rolle in orbitalen und rotierenden Systemen sowie in der Analyse von Kreis- und Kegelflächenbewegungen.

In rotierenden Referenzrahmen kann man die Zentripetalkraft als Scheinkraft interpretieren, während die Zentrifugalkraft als äußere, nach außen gerichtete Scheinkraft erscheint. Die Zentripetalkraft ist keine eigenständige Naturkraft, sondern die Bezeichnung für die radiale Komponente realer Kräfte, die eine kreisförmige Bahn erzwingen.