Was ist Tangentialbeschleunigung?
Viele Objekte bewegen sich kreisförmig. Dazu gehören Eisläufer, Autos und Planeten. Ende des 17. Jahrhunderts untersuchte Isaac Newton die Kreisbewegung und definierte mehrere neue Eigenschaften dieser Systeme. Die tangentiale Beschleunigung ist unter anderem eine der Komponenten, die er abgeleitet hat.
Newton beobachtete, dass sich ein sich einmal bewegendes Objekt in einer geraden Linie fortbewegt, wenn keine externe Kraft ausgeübt wird. Ein Objekt, das sich auf einer Kreisbahn bewegt, ist einer Kraft ausgesetzt, die entweder in Richtung des Kreismittelpunkts zieht oder drückt, die als Normal- oder Zentripetalkraft bezeichnet wird. Keine dieser Kräfte befindet sich auf dem gekrümmten Pfad. Sie stehen durchgehend im rechten Winkel zueinander.
Bei linearer Bewegung bleibt ein einmal in Bewegung gesetztes Objekt in Bewegung, sofern keine andere Kraft auf es einwirkt. Zusätzliche Energie wird nicht benötigt. Dies gilt nicht für Kreisbewegungen.
Das Objekt, das sich in einem Kreis mit einer konstanten Geschwindigkeit, gemessen in Umdrehungen pro Minute, bewegt, hat eine konstante Tangentialgeschwindigkeit und eine konstante Winkelgeschwindigkeit. Bei linearer Bewegung ist die Beschleunigung Null, wenn die Geschwindigkeit konstant ist. Die Tangentialbeschleunigung ist positiv. Energie wird benötigt, um die Richtung kontinuierlich zu ändern.
Die Tangentialbeschleunigung entspricht dem Quadrat der Tangentialgeschwindigkeit geteilt durch den Radius. Sie wird auch aus dem Radius multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit im Quadrat berechnet. Aus diesen Gleichungen lassen sich zwei Beobachtungen zur Tangentialbeschleunigung machen. Die lineare Beschleunigung ist nur ein Geschwindigkeitsfaktor, während die tangentiale Beschleunigung ein Geschwindigkeitsfaktor im Quadrat ist. Das Gefühl von Geschwindigkeit ist in einem kurvenreichen Auto viel stärker als in einem Auto, das sich mit der gleichen linearen Geschwindigkeit in einer linearen Richtung bewegt.
Die Tangentialbeschleunigung ist ein Radiusfaktor. Je größer der Radius wird, desto kleiner wird die Tangentialbeschleunigung bei gleicher Winkelgeschwindigkeit. Anders ausgedrückt, wenn der Radius ohne zusätzlichen Energieeintrag kleiner wird, nimmt die Winkelgeschwindigkeit zu.
Die Menschen nutzen die Bewegungsgesetze, die täglich auf Kreis- oder Kurvenbahnen angewendet werden. Erfahrene Fahrer werden zuerst langsamer und halten dann in engen Kurven das Gaspedal leicht gedrückt. Die zusätzliche Energie sorgt dafür, dass die Räder vorwärts rollen, anstatt seitwärts zu rutschen.
Schleudern tritt auf, wenn die Zentripetalkraft, die die Tangentialbeschleunigung speist, abnimmt. Eisläufer halten ihre Arme und ihr freies Bein dicht an ihren Körper, um schneller zu drehen. Mehrere Weltraummissionen haben die Anziehungskraft des Mondes oder anderer Himmelskörper genutzt, um die Weltraumkapsel auf einen gewünschten gekrümmten Weg zu beschleunigen.