Seid Ihr schon einmal schnell mit dem Fahrrad durch eine Kurve gefahren und gemerkt, dass ihr euch in die Kurve „legen“ musstet? Bei Motorrädern sieht man dieses Phänomen ebenfalls. Da fragt man sich, muss diese Neigung sein oder ist es nur Show? Die Antwort hat der Physik-Kurs bei Herrn R. Meyer schnell mit „ja“ beantwortet: Um eine Kreisbahn abzulaufen, muss andauernd eine Kraft zum Mittelpunkt des Kreises wirken. Die Kraftwirkung ist durch eine Neigung zum Kreismittelpunkt sichtbar.
Der Neigungswinkel ist abhängig von der Bahngeschwindigkeit, vom Radius und von der Erdanziehung [tan(a) = v² /(g*r), Winkel siehe Grafik unten]. Die Erdanziehung ist zum Glück andauernd konstant. Also müssen Radius und Geschwindigkeit gemessen und notiert werden.
Dazu sind die Schülerinnen und Schüler des Physikkurses auf den Schulhof gegangen und haben zunächst Kreise auf den Boden gemalt bzw. die Kreise auf dem Tartanplatz genutzt. Nun musste eine Person möglichst mit gleichbleibender Geschwindigkeit auf diesem Kreis laufen. Eine weitere Person hat die Zeit pro Umlauf gestoppt, um später die Geschwindigkeit ermitteln zu können. Eine dritte Person hat tangential zur Kreisbahn ein Foto von der Kreisläuferin / dem Kreisläufer gemacht, aus dem später der Neigungswinkel ersichtlich wird.
Im Unterrichtsraum wurden dann die Geschwindigkeiten berechnet und nach einer Formel der theoretische Winkel berechnet. Zum Vergleich mit dem Winkel auf dem Foto wurde das Handy-Foto nach „alter Methode“ ermittelt: Mit einem Geodreieck auf dem Smartphone-Display wurde der Winkel der Kreisläuferin / des Kreisläufers gemessen und mit der Theorie verglichen.
Und es zeigte sich, dass mit geringen Messungenauigkeiten die Formel passt und die Neigung in der Kurve keine Show ist.
Inspiriert wurde diese Unterrichtsidee von folgender Aufgabe: https://www.leifiphysik.de/mechanik/kreisbewegung/aufgabe/radfahrer-der-kurveFür weitere Details zu physikalischen Erläuterungen könnt ihr euch die Lösungen dort anschauen.
