Stiftung PHÄNOMENTA Lüdenscheid

Coriolisbrunnen

Lfdn Nr 05Versetze den Brunnen in Drehung. Verhalten sich die Wasserstrahlen wie erwartet?

WORUM GEHT ES?
In einem kreisrunden Brunnen wird das Wasser durch drei Düsen vom äußeren Rand in die Mitte gespritzt und gleichzeitig durch drei weitere Düsen von einer Säule in der Mitte nach außen. Der Brunnen lässt sich drehen. Wie verhalten sich dann wohl die Wasserstrahlen?

Die Wasserstrahlen, die von der Mitte nach außen fließen, folgen der Drehung des Brunnens. So hast Du es sicher auch erwartet. Aber die anderen drei Wasserstrahlen, die vom Rand nach innen fließen, scheinen der Drehung vorauszugehen!

WESHALB IST DAS SO?
Dieser Brunnen veranschaulicht die Corioliskraft. Sie tritt immer dann auf, wenn bei einem sich drehenden Körper Bewegungen zur Achse oder von der Achse weg stattfinden.

Ein Körper, der sich frei von äußeren Kräften im Raum bewegt, behält seine Bahn bei. Wie beim Fußball spielen: der Ball fliegt seine Bahn, ganz egal wer ihn angestoßen hat. Genau so verhält es sich auch mit den Wasserstrahlen. Sobald sie die Düsen verlassen haben und frei in der Luft sind, verfolgen sie ihre Bahn. Lediglich die Erdanziehungskraft zieht sie nach unten.

Aber an diesem Brunnen gibt es zwei Arten von Strahlen: die einen fließen von innen nach außen, die anderen von außen nach innen. Bei ersteren drehen sich die Düsen mit dem Brunnen um den Mittelpunkt. Sobald der Wasserstrahl aus der Düse tritt, bekommt er zwei Bewegungsimpulse: den geradewegs nach draußen, so wie die Düse ihn vorgibt. Und den, der durch die Drehung des Brunnens entsteht. Dieser Impuls ist seitlich gerichtet. Sobald der Strahl die Düse verlässt, hat er die beiden Impulse mitbekommen und bewegt sich in die damit festgelegte Richtung geradlinig zum Rand des Brunnens. Die einzige Kraft, die noch auf ihn einwirkt, ist die Schwerkraft.

Gleichzeitig dreht sich der Brunnen mit einer konstanten Drehzahl. Jeder Punkt des Brunnens dreht sich also gleich oft um die Mitte. Ein Punkt, der sich außen befindet, muss aber schneller sein, als ein Punkt nahe am Mittelpunkt. Sein Weg ist ja bei einer Drehung aufgrund des größeren Umfanges länger. Der frei und geradlinig nach außen fliegende Strahl verändert aber auf seinem Weg seine Geschwindigkeit nicht. Der Brunnen überholt also den Strahl auf seinem Weg nach außen. Deshalb sieht es so aus, als würde der Strahl zurückbleiben. Von der Düse aus gesehen ist eine Rechtsabweichung zu erkennen, wenn sich der Brunnen gegen den Uhrzeigersinn dreht.

Auch die Strahlen, die von außen nach innen fliegen, bekommen zwei Impulse. Und zwar genauso wie die anderen Strahlen, den direkt in Richtung Mittelpunkt, so wie die Düse ihn vorgibt, und den seitlichen, der durch die Drehung des Brunnens entsteht. Aber dieses Mal hat der seitliche Impuls die höhere Geschwindigkeit des Brunnenrandes. Deshalb sieht es so aus, als würde der Strahl den Brunnen überholen, obwohl er tatsächlich frei geradeaus weiterfliegt. Wie im ersten Fall ist von der Düse aus gesehen eine Rechtsabweichung zu erkennen, wenn sich der Brunnen gegen den Uhrzeigersinn dreht.

Alltagsbezug
Die Corioliskraft ist unter anderem verantwortlich für die Entstehung der Passat-Winde auf der Erde. Sie bestimmt auch die Drehrichtung von Hoch- und Tiefdruckgebieten. Und sie gibt eine einfache Erklärung für die Bewegung des Foucault Pendels.

Termine

23. September 2017
Physik in Hollywood
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27. September 2017
Fachtag Grundschule
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Bitte beachten!

Wegen einer Veranstaltung ist das Phänorama am 09.09.2017 bis 14 Uhr nicht zugänglich.

Am 12.10.2017 findet eine ganztätige Veranstaltung in der PHÄNOMENTA statt. Das Phänorama sowie die Bereiche „Von Strahlen und Spiegeln“ und „Farbforschen“ sind an diesem Tag nicht zugänglich! Einige Exponate aus diesen Bereichen sind aber an anderer Stelle im Haus zu finden.

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