Malkreisel mit auswechselbarer Bleistiftmine zeichnen – einmal auf Papier angedreht – witzige Kunstwerke, die aus lauter Spiralen bestehen. Sie eignen sich damit nicht nur als tolles Spielzeug und Geschenk, sondern auch für den Physik-Unterricht, denn man kann an ihnen sehen, wie sich ein Kreisel fortbewegt. Mehr zu den Themen Physik des Kreisels, Präzession der Erde und Nutation finden Sie weiter unten.
Malkreisel aus Holz sind dabei etwas schwerer anzudrehen als Malkreisel aus Kunststoff, aber das Verhalten des rotierenden Kreisels ist in jedem Fall gut zu erkennen. Auf dem Foto ist ein Malkreisel vom Moses Verlag zu sehen.
Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren
Die Physik des Kreisels: Präzession
Beobachten kann man an einem Malkreisel zum Beispiel, wie sich der Kreisel verhält, wenn er präzessiert.
Die Präzession eines Kreisels bezieht sich auf die Drehbewegung eines rotierenden Kreisels, bei der sich die Ausrichtung der Rotationsachse des Kreisels im Raum ändert. Diese Änderung der Ausrichtung tritt auf, wenn eine externe (Drehmoment-)kraft auf den Kreisel wirkt. Von Drehmoment spricht man immer dann, wenn man es mit Kräften im Zusammenhang mit Drehbewegungen zu tun hat.
Ein einfaches Beispiel, um dies zu veranschaulichen, ist der Fall eines sich drehenden Kreisels, der auf einem Punkt balanciert ist. Wenn eine seitliche Kraft auf den Kreisel wirkt, zum Beispiel durch die Schwerkraft, wirkt ein Drehmoment auf den Kreisel. Anstatt sich in die Richtung der Kraft zu bewegen, haut der Kreisel senkrecht zu der einwirkenden Kraft ab. Dies führt dazu, dass der Kreisel eine langsame, kreisförmige Bewegung um seine aufrechte Achse ausführt. Dies wird als Präzession bezeichnet.
Die Präzession der Erde: einmal rum in 26.000 Jahren
Die Präzession von rotierenden Körpern ist überall zu beobachten. In der Astronomie kann die Präzession unter anderem die langsame Verschiebung der Rotationsachse der Erde im Raum über einen Zeitraum von etwa 26.000 Jahren beschreiben, was zu Veränderungen in der Position der Himmelspole führt. Der Grund: Rotiert die Erde um ihre Achse, wirken ebenfalls äußere Kräfte auf die Drehachse, etwa durch die Gezeitenkräfte des Mondes. Dies wird in dem nachfolgenden Video gezeigt.
Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren
Drehimpulserhaltung als Ursache der Präzession des Kreisels
In der Abwesenheit von äußeren Kräften bzw. Drehmomenten kann ein rotierendes Objekt nicht von allein aufhören, sich zu drehen, oder von allein anfangen, sich zu drehen, wenn es sich in Ruhe befindet. Ohne die Wirkung von äußeren Kräften wie etwa Reibung dreht ein Körper also einfach weiter – für immer sozusagen. Dieses Prinzip der Drehimpulserhaltung ist ein wichtiger Teil der klassischen Mechanik und hat breite Anwendungen, angefangen von der Beschreibung des Verhaltens starrer, rotierender Körper bis zu Raumfahrtanwendungen und der Quantenmechanik.
Der Drehimpuls ist dabei eine physikalische Größe, die angibt, welche Richtung und Geschwindigkeit eine Drehbewegung hat. Er ist eine ganz und gar wundersame Angelegenheit, denn er führt zu Effekten, die jeder Intuition zuwiderlaufen. Es gibt dazu verschiedene Experimente, an denen man dies hervorragend erkennen kann.
Physik-Experimente zur Drehimpulserhaltung
Die Physik des Kreisels und der Unterschied zwischen Präzession und Nutation
Von der Präzession zu unterscheiden ist die Nutation, die man als Taumelbewegung bezeichnen könnte. Sie kann ohne und mit Präzession auftreten. Tritt sie mit Präzession auf, dann führt dies dazu, dass die Rotationsachse des Kreisels zusätzlich zur Präzession oszillierende Bewegungen ausführt. Nutation ist in diesem Fall eine Art „Wackeln“ der Rotationsachse während ihrer Präzessionsbewegung.
In nachfolgendem Video wird die Präzession und Nutation eines Kreisels schön erklärt und gezeigt.
Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren
