11.4
Wenn ein Objekt auf einer reibungsfreien Oberfläche eine reine translatorische Bewegung ohne Beschleunigung ausführt, wirken nur zwei Kräfte auf es.
Damit sich das Objekt dreht, ist ein Drehmoment erforderlich. Wird Reibung eingeführt, wirkt die Reibungskraft entgegen der Richtung der linearen Geschwindigkeit und erzeugt das Drehmoment.
Dieses Drehmoment erzeugt eine Winkelbeschleunigung und das Objekt beginnt sich zu drehen. Wenn die Drehgeschwindigkeit groß genug wird, reicht die Winkelgeschwindigkeit des Objekts aus, um die Tangentialgeschwindigkeit des Kontaktpunkts mit der Oberfläche aufzuheben.
Die Tangentialgeschwindigkeit dieses Punktes ist gleich und in entgegengesetzter Richtung zu der des Massenschwerpunkts, was zu einer Geschwindigkeit von Null führt. Diese Bewegung wird als Rollen ohne Rutschen bezeichnet.
Hier folgt der Schwerpunkt des Objekts einer linearen Bahn, der Punkt am Rand des Objekts jedoch einer Zykloidenbahn.
Bei einer vollständigen Umdrehung des Objekts bewegt sich der Schwerpunkt um den linearen Abstand, der dem Umfang des rollenden Objekts entspricht.
Menschen haben die rollende Bewegung ohne Rutschen schon seit der Erfindung des Rades beobachtet. Zum Beispiel kann man die Wechselwirkung zwischen de…
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