Corioliskraft und Foucaultsches Pendel

Hallo und herzlich willkommen. Wie du wahrscheinlich weißt, rotiert die Erde um eine feste Achse. Eine Umdrehung dauert 24 Stunden. Deshalb hat ein Tag eine Länge von 24 Stunden. Aber woher will man das so genau wissen? Es könnte ja auch sein, dass die Erde stillsteht und sich die Sonne im 24 Stundentakt um die Erde dreht. Oder hast du schon mal was von einer Drehbewegung mitbekommen? Wenn sich die Erde wirklich die ganze Zeit drehen würde, dann müsste es einem doch auf Dauer schlecht werden, wie in einem Karussell. Das ist natürlich alles Quatsch. Die Erde rotiert wirklich um eine feste Achse und braucht für eine Umdrehung ca. 24 Stunden. Das zu beweisen ist aber gar nicht so einfach. Wie man das macht, siehst du in diesem Video. Wir beschäftigen uns hier mit der Corioliskraft und dem Foucaultschen Pendel. Dafür wirst du zuerst lernen, was die Corioliskraft ist und was die Rotation der Erde damit zu tun hat. Denn ohne die Corioliskraft würde der Nachweis der Erdrotation nicht funktionieren. Anschließend wirst du einige Beispiele sehen, wo die Corioliskraft wirkt. Danach werde ich dir erklären, wie ein Foucaultsches Pendel funktioniert und wie man damit die Drehung der Erde nachweisen kann. Und damit kann es auch schon losgehen. Wir werden uns zuerst mit der Corioliskraft beschäftigen. Dafür führen wir den Begriff des Inertialsystems ein. Ein Inertialsystem ist ein Bezugssystem, in dem Kräfte freier Körper ruhen oder sich geradlinig und gleichförmig bewegen. Beschleunigte Bezugssystem sind keine Inertialsysteme. In beschleunigten Bezugssystemen wirken sogenannte Scheinkräfte. Eine Form eines beschleunigten Bezugssystems ist ein rotierendes Bezugssystem. In diesem gibt es zwei Scheinkräfte, die Zentrifugalkraft, welche wir hier nicht weiter besprechen werden und die Corioliskraft. Die Corioliskraft wirkt immer, wenn sich eine Masse relativ zu einem rotierenden Bezugssystem bewegt. Um das Ganze etwas anschaulicher zu machen, betrachten wir eine rotierende Scheibe, auf der sich eine Person befindet. Die Scheibe ist unser rotierendes Bezugssystem, der blaue Punkt ist die Person und der schwarze Punkt der Beobachter. Dreht sich die Scheibe, so betrachtet der schwarze Punkt die Bewegung von außen. Bewegt sich der blaue Punkt vom Rand der Scheibe auf einer geraden Linie zur Mitte, so sieht der Beobachter, der schwarze Punkt, eine geradlinige kräftefreie Bewegung. Setzt man den Beobachter allerdings auf die rotierende Scheibe, so sieht er eine andere Art von Bewegung. Vom Beobachter aus gesehen wirkt es so, als ob sich der blaue Punkt auf einer Kreisbahn bewegt. Bewegt sich der blaue Punkt aber auf einer Kreisbahn, so ist dafür eine Kraft nötig. Diese Kraft nennt man Corioliskraft. Dreht sich die Scheibe gegen den Uhrzeigersinn, so wird sie eine Bewegung nach rechts, relativ zur Bewegungsrichtung abgelenkt. Das bedeutet, dass die Corioliskraft nach rechts wirkt. Würde sich die Scheibe gegen den Uhrzeigersinn drehen, so hätte das zur Folge, dass die Corioliskraft nach links, relativ zur Bewegungsrichtung wirkt. Nachdem du jetzt weißt, was die Corioliskraft ist, wirst du einige Beispiele sehen, wo die Corioliskraft real auftritt. Da die Erde um eine feste Achse rotiert, kann man auch hier die Wirkung der Corioliskraft auf bewegte Massen beobachten. Die Corioliskraft wurde von Gaspard Gustave de Coriolis entdeckt. Die Corioliskraft lässt sich auf der Erde vielfältig beobachten. Auf der Nordhalbkugel wirkt die Corioliskraft immer in Bewegungsrichtung nach rechts, auf der Südhalbkugel in Bewegungsrichtung nach links. Ein Beispiel: Schießt man mit einer Kanone auf der Nordhalbkugel, so wird sie nie genau das Ziel treffen, das man angepeilt hat. Die Kanonenkugel wird durch die Corioliskraft immer nach rechts abgelenkt. Sehr schön beobachten kann man die Corioliskraft an Wolkenbildern. Bewegt sich ein Tiefdruckgebiet, so strömen Luftmassen auf einen Punkt zu. Auf ihrer Bewegung zu diesem Punkt werden sie durch die Corioliskraft abgelenkt und die Wolken bilden eine Spiralform. Auf der Nordhalbkugel werden sie nach rechts abgelenkt und umströmen das Tiefdruckgebiet gegen den Uhrzeigersinn. Auf der Südhalbkugel werden sie nach links abgelenkt und umströmen das Tiefdruckgebiet mit dem Uhrzeigersinn. Das Tiefdruckgebiet auf diesem Bild ist also auf der Nordhalbkugel aufgenommen worden. An all diesen Beispielen für die Corioliskraft kann man sehen, dass die Erde ein rotierendes Bezugssystem ist. Aber kann man das auch in kleineren Dimensionen und genauer nachweisen? Ja, das kann man, und zwar mit einem Foucaultschen Pendel. Ein Foucaultsches Pendel ist eine Masse, die an einem Pendelarm befestigt ist und in Bodennähe hin und her schwingt. Am Boden ist eine Kompassrose angebracht, die die vier Himmelsrichtungen anzeigt. Von oben sieht das dann folgendermaßen aus. Beobachtet man das Pendel auf der Nordhalbkugel vom beschleunigten Bezugssystem der Erde aus, so hat man den Eindruck, dass das Pendel seine Schwingungsebene im Laufe der Zeit ändert. Durch die Scheinkraft der Corioliskraft wird das Pendel bei jeder Bewegung in Bewegungsrichtung etwas nach rechts abgelenkt. So kommt es, dass die Schwingungsebene des Pendels im Laufe der Zeit eine komplette Umdrehung durchführt. Betrachtet man diese Bewegung allerdings vom Weltall aus, so zeigt sich ein anderes Bild. Das Pendel schwingt die ganze Zeit in der gleichen Schwingungsebene hin und her. Was sich bewegt, ist die Erde. Sie dreht sich im Laufe der Zeit unter dem Pendel. Befindet man sich auf der Erde, so nimmt man diese Drehung nicht wahr und sieht eine anscheinende Drehbewegung des Foucaultschen Pendels. Das Foucaultsche Pendel ist nach dem französischen Wissenschaftler Jean Bernard Léon Foucault benannt. Er führte das Pendel 1851 in Paris der Öffentlichkeit vor. Foucault hatte ursprünglich Medizin studiert, sein Studium dann aber aus Ekel vor dem Sezieren abgebrochen und sich dem Selbststudium der Physik gewidmet. Das Foucaultsche Pendel ist zwar nach Foucault genannt. Er war aber nicht der Erste, der einen solchen Versuch durchführte. Bereits 1661 führte der Italiener Vincenzo Viviani den gleichen Versuch durch. Viviani war Mitarbeiter von Galileo Galilei, einen der berühmtesten Wissenschaftler der Geschichte. Foucaultsche Pendel hängen noch heute in verschiedenen naturwissenschaftlichen Museen und in Universitäten. So, was hast du eben gelernt? Es gibt Inertialsysteme und beschleunigte Bezugssysteme. In beschleunigten Bezugssystemen treten Scheinkräfte auf, eine davon ist die Corioliskraft. Die Corioliskraft wirkt immer dann, wenn sich eine Masse relativ zu einem rotierenden Bezugssystem bewegt. Da die Erde rotiert, ist auch sie ein rotierendes Bezugssystem. Die Corioliskraft lenkt sich bewegende Körper auf der Nordhalbkugel in Bewegungsrichtung nach rechts und auf der Südhalbkugel in Bewegungsrichtung nach links ab. Eine Möglichkeit, die Rotation der Erde und die damit verbundene Corioliskraft experimentell zu verdeutlichen, ist das Foucaultsche Pendel. Es ändert von der Erde aus gesehen seine Schwingungsebene im Laufe der Zeit. Vom Inertialsystem des Weltalls aus gesehen bewegt sich das Pendel immer gerade und die Erde dreht sich unter ihm weg. Das war es zum Thema Corioliskraft und Foucaultsche Pendel. Ich hoffe, du hast was gelernt. Tschüss und bis zum nächsten Mal.