Dynamik der Kreisbewegung: Anwendungen

Wenn sich ein Auto mit konstanter Geschwindigkeit in einer Kreisbahn bewegt, wirken Kräfte, die wirken, die Haftreibungskraft, sein Gewicht und die Normalkraft.

In horizontaler Richtung stellt die radiale Haftreibungskraft die notwendige Zentripetalkraft für die Kreisbewegung zur Verfügung und ist das Produkt aus Reibungskoeffizient und Normalkraft.

In vertikaler Richtung entspricht die Normalkraft dem Gewicht des Fahrzeugs.

Durch Ersetzen von N und Auflösen nach Geschwindigkeit kann die Höchstgeschwindigkeit des Autos ermittelt werden.

Ab dieser Geschwindigkeit verringert sich die Haftreibung und das Fahrzeug rutscht nach außen.

So haben Rennstrecken, die für Hochgeschwindigkeitsfahrten ausgelegt sind, Steilkurven. Die Straßenneigung mit einem größeren Schräglagenwinkel hilft dem Fahrzeug, mit höheren Geschwindigkeiten zu fahren, ohne auf Reibung angewiesen zu sein.

Auf einer Steilstraße sorgt die horizontale Normalkraftkomponente, die zur Kurvenmitte hin wirkt, für die Zentripetalkraft, während die vertikale Normalkraftkomponente das Gewicht des Fahrzeugs ausgleicht.

Durch die Division der beiden Gleichungen erhält man einen Ausdruck für den erforderlichen Schräglagenwinkel und die Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs.