Die Bewegung eines Körpers kann verschiedene Ausmaße annehmen. Ein Körper bewegt sich entweder in einer geradlinigen Bewegung, krummlinig, oder in einer Kreisbewegung. Viele Bewegungen im täglichen Leben sind Kreisbewegungen. So zum Beispiel auch die die Gondel eines Riesenrads, die sich kreisförmig mit der Bewegung des Riesenrads bewegt.

Die gleichförmige und die ungleichförmige Kreisbewegung

Ein Riesenrad bewegt sich durch eine Kreisbewegung.

Ein Riesenrad bewegt sich durch eine Kreisbewegung.

Bei Kreisbewegungen unterscheiden wir zwischen der gleichförmigen Kreisbewegungen und der ungleichförmigen Kreisbewegung. Bei der gleichförmigen Bewegung bewegt sich der Gegenstand mit konstanter Geschwindigkeit auf einer Kreisbahn. Bei der ungleichförmigen Bewegung verändert sich die Kreisgeschwindigkeit in unregelmäßigen Abständen. Um die Kreisbewegung beschreiben zu können, benötigen wir die Umlaufzeit (T), die Drehzahl (n) und die Frequenz (f). Die Umlaufzeit beschreibt dabei die Zeit, die genau für einen Umlauf benötigt wird. Stellen wir uns einfach vor, dass wir ein Riesenrad mit genau einer Kabine betrachten. Jene Zeit die benötigt wird, um die Kabine genau einmal vom Ausgangspunkt zum Startpunkt zurückzubringen, ist die Umlaufzeit. Die Drehzahl gibt an, wie viele Runden das Riesenrad in einem gewählten Zeitintervall dreht. Die Frequenz können wir uns so vorstellen: Wir wissen nun wie lange die Umlaufzeit ist und wir können sehen wie oft sich das Rad in einem Zeitintervall dreht. Allerdings wissen wir noch nicht, wie viele Umläufe das Riesenrad pro Sekunde schafft. Diese Angabe liefert uns die Frequenz.

Bei der gleichförmigen Kreisbewegung gibt es einige Besonderheiten. Die Geschwindigkeit ändert ständig ihre Richtung, der Betrag der Geschwindigkeit bleibt dennoch gleich. Am Beispiel der Riesenradkabine: Zuerst beschleunigt die Kabine vom Start aus mit einer Geschwindigkeit nach oben, die Kabine steigt. Wenn Sie an der Spitze des Riesenrads angekommen sind, sinkt die Kabine wieder; daher muss die Geschwindigkeit nun nach unten wirken. Da das Riesenrad in beiden Richtungen gleich schnell fährt, betrachten wir die Geschwindigkeit als konstant. Lediglich das Vorzeichen ändert sich. Eine weitere Besonderheit ist die Radialbeschleunigung Sie ist senkrecht zur Bahngeschwindigkeit und in Richtung Kreismitte gerichtet. Sie wird auch Zentripetalbeschleunigung genannt. Bestes Beispiel hierfür ist ein Auto, dass durch eine Kurve, die einer Kreisbahn ähnelt, fahren muss. Gäb es keine Zentripetalbeschleunigung, würde das Auto aufgrund von Trägheit in Richtung des Geschwindigkeitsvektor fahren. Das Auto würde statt die Kurve zu nehmen, geradeaus fahren.

Berechnung mithilfe von Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung

Die gleichförmige Kreisbewegung lässt sich auch mithilfe der Winkelgeschwindigkeit ausrechnen. Die Winkelgeschwindigkeit gibt an wie schnell sich ein Winkel mit der Zeit ändert. Auf das Riesenrad übertragen: Ein voller Umlauf der Kabine hat eine Winkelveränderung von 2?. Die Umlaufzeit ist weiterhin, die Zeit für einen Umlauf (T). Von daher kann man die Winkelgeschwindigkeit auch mit ? = 2?/T = 2?*f beschreiben. Die Einheit ist s -1. Die Winkelbeschleunigung ist die Ableitung der Winkelgeschwindigkeit im Bezug auf die Zeit. Sie lässt sich ausrechnen, indem man die Winkelgeschwindigkeit durch die Zeit (t) teilt.