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Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 9-10, G-Niveau

Zentrifugalkraft - Physik

Einleitung

Wenn Du in einem schnell fahrenden Auto eine Kurve durchfährst, fühlst Du Dich nach außen gedrückt. Ähnlich ist es auf einem Kettenkarussell, in einer Waschmaschine oder in einer Zentrifuge. Dieses Gefühl wird im mitbewegten, rotierenden Bezugssystem durch die Zentrifugalkraft beschrieben.

Die Zentrifugalkraft ist eine Trägheitskraft, auch Scheinkraft genannt. Sie zeigt radial von der Drehachse weg. In einem nicht rotierenden Inertialsystem wird sie nicht benötigt: Dort erklärt die Trägheit des Körpers zusammen mit einer nach innen gerichteten Zentripetalkraft die Bewegung.

Physikalische Grundlagen

Zwei Bezugssysteme

Eine Bewegung kann aus verschiedenen Bezugssystemen beschrieben werden.

Im Inertialsystem beobachtest Du die Kreisbewegung von außen. Damit ein Körper auf einer Kreisbahn bleibt, muss ständig eine Kraft zum Mittelpunkt wirken. Diese nach innen gerichtete Resultierende heißt Zentripetalkraft.

Im rotierenden Bezugssystem bewegst Du Dich mit dem Körper mit. Damit dort die Newtonschen Bewegungsgesetze in gewohnter Form angewendet werden können, wird zusätzlich die nach außen gerichtete Zentrifugalkraft eingeführt.

Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft

Die Zentripetalkraft ist keine eigene Kraftart. Sie ist der Name für die Summe der realen Kräfte, die einen Körper zum Mittelpunkt der Kreisbahn beschleunigen. Diese Aufgabe kann zum Beispiel eine Seilkraft, Reibungskraft, Normalkraft oder Gravitationskraft übernehmen.

Die Zentrifugalkraft wird dagegen nur im rotierenden Bezugssystem verwendet. Sie zeigt nach außen. Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft sind kein Kräftepaar nach dem dritten Newtonschen Gesetz, denn ein Wechselwirkungspaar wirkt immer auf zwei verschiedene Körper.

Die beiden Pfeile in dieser Darstellung gehören zu zwei unterschiedlichen Beschreibungen: nach innen im Inertialsystem und nach außen im rotierenden Bezugssystem.

Formel der Zentrifugalkraft

Für einen Körper der Masse $m$ , der sich im Abstand $r$ von der Drehachse mit der Winkelgeschwindigkeit $ω$ dreht, gilt für den Betrag:

$F_{Z f} = m ω^{2} r$

Mit $v = ω r$ kann die Formel auch geschrieben werden als:

$F_{Z f} = m \frac{v^{2}}{r}$

Größe	Bedeutung	Einheit
$F_{Z f}$	Betrag der Zentrifugalkraft	Newton
$m$	Masse	Kilogramm
$r$	Abstand von der Drehachse	Meter
$ω$	Winkelgeschwindigkeit	Radiant pro Sekunde
$v$	Bahngeschwindigkeit	Meter pro Sekunde

Die Kraft wächst proportional mit der Masse und dem Radius. Sie wächst quadratisch mit der Winkelgeschwindigkeit. Verdoppelt sich $ω$ , vervierfacht sich $F_{Z f}$ .

Beispielrechnung

Ein Körper mit $m = 0,50 k g$ bewegt sich mit $v = 4,0 m / s$ auf einer Kreisbahn mit $r = 2,0 m$ .

$F_{Z f} = m \frac{v^{2}}{r} = 0,50 k g \cdot \frac{(4,0 m / s)^{2}}{2,0 m} = 4,0 N$

Im mitrotierenden Bezugssystem beträgt der Betrag der Zentrifugalkraft also $4,0 N$ . Im Inertialsystem entspricht derselbe Betrag der notwendigen nach innen gerichteten Zentripetalkraft.

Was geschieht beim Loslassen?

Wird ein Körper aus einer Kreisbewegung losgelassen, fliegt er im Inertialsystem nicht radial nach außen. Er bewegt sich wegen seiner Trägheit zunächst entlang der Tangente an die Kreisbahn weiter. Aus dem rotierenden Bezugssystem erscheint seine Bahn dagegen gekrümmt.

Anwendungen im Alltag und in der Technik

Kurvenfahrt und Karussell

Bei einer Kurvenfahrt muss die Straße, der Sitz oder die Fahrzeugtür eine nach innen gerichtete Kraft auf Deinen Körper ausüben. Im Fahrzeug fühlst Du Dich nach außen gedrückt. Dieses Empfinden lässt sich im mitbewegten Bezugssystem durch die Zentrifugalkraft beschreiben.

Beim Kettenkarussell liefert die Zugkraft der Ketten die notwendige nach innen gerichtete Kraft. Mit steigender Drehgeschwindigkeit werden die Ketten stärker nach außen geneigt.

Waschmaschine und Salatschleuder

Die Trommel zwingt Textilien oder Salatblätter auf eine Kreisbahn. Wasser, das nicht ausreichend festgehalten wird, bewegt sich durch Öffnungen nach außen weiter. Im rotierenden Bezugssystem kann dies mit der Zentrifugalkraft beschrieben werden.

Datei:Salatschleuder (physikalisch).webm

Laborzentrifuge

Eine Laborzentrifuge trennt Bestandteile eines Gemischs durch schnelle Rotation. Im mitrotierenden System beschreibt man die Wirkung mithilfe der Zentrifugalkraft. Im Laborsystem üben Rotor und Gefäß reale Kräfte aus, während Bestandteile unterschiedlich schnell sedimentieren.

Künstliche Schwerkraft

In einer rotierenden Raumstation könnten Menschen gegen die Außenwand gedrückt werden. Im mitrotierenden Bezugssystem wirkt dort eine Zentrifugalkraft. Je größer Radius und Winkelgeschwindigkeit sind, desto größer ist die wahrgenommene Beschleunigung.

Merksätze

Aussage	Bedeutung
Bezugssystem beachten	Die Zentrifugalkraft wird nur im rotierenden Bezugssystem eingeführt.
Richtung unterscheiden	Zentripetalkraft zeigt nach innen, Zentrifugalkraft nach außen.
Keine Wechselwirkungspartner	Beide Kräfte bilden kein Actio-Reactio-Paar.
Loslassen verstehen	Ein Körper bewegt sich zunächst tangential weiter.
Quadratische Abhängigkeit	Doppelte Winkelgeschwindigkeit bedeutet vierfache Zentrifugalkraft.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Art von Kraft ist die Zentrifugalkraft? (Eine Trägheitskraft) (!Eine elektrische Kraft) (!Eine magnetische Kraft) (!Eine Kernkraft)

In welchem Bezugssystem wird die Zentrifugalkraft eingeführt? (Im rotierenden Bezugssystem) (!Nur im ruhenden Inertialsystem) (!Nur im freien Fall) (!Nur im Vakuum)

In welche Richtung zeigt die Zentrifugalkraft? (Radial von der Drehachse weg) (!Radial zur Drehachse hin) (!Immer senkrecht nach oben) (!Immer in Bewegungsrichtung)

Welche Formel beschreibt den Betrag der Zentrifugalkraft? (F gleich m mal Omega zum Quadrat mal r) (!F gleich m geteilt durch Omega) (!F gleich r geteilt durch m) (!F gleich m mal g)

Was geschieht bei einer Verdopplung der Winkelgeschwindigkeit? (Die Zentrifugalkraft vervierfacht sich) (!Die Zentrifugalkraft halbiert sich) (!Die Zentrifugalkraft verdoppelt sich) (!Die Zentrifugalkraft bleibt gleich)

Welche Kraft hält einen Körper im Inertialsystem auf einer Kreisbahn? (Die nach innen gerichtete Zentripetalkraft) (!Die nach außen gerichtete Gewichtskraft) (!Die magnetische Zentrifugalkraft) (!Die tangentiale Auftriebskraft)

Wie bewegt sich ein losgelassener Körper zunächst weiter? (Entlang der Tangente) (!Radial zum Mittelpunkt) (!Radial von der Drehachse weg) (!Sofort im Stillstand)

Sind Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft ein Wechselwirkungspaar? (Nein) (!Ja immer) (!Nur bei kleiner Geschwindigkeit) (!Nur im Vakuum)

Welches Gerät nutzt schnelle Rotation zur Stofftrennung? (Eine Zentrifuge) (!Ein Thermometer) (!Ein Elektromagnet) (!Ein Barometer)

In welcher Einheit wird die Zentrifugalkraft angegeben? (Newton) (!Joule) (!Watt) (!Pascal)

Memory

Zentrifugalkraft	radial nach außen
Zentripetalkraft	zum Mittelpunkt
Winkelgeschwindigkeit	Drehung pro Zeit
Tangente	momentane Gerade an der Kreisbahn
Bezugssystem	gewählter Beobachtungsrahmen
Zentrifuge	Trennung durch schnelle Rotation
Trägheit	Widerstand gegen Bewegungsänderung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Aussage
Rotierendes Bezugssystem	Zentrifugalkraft wird eingeführt
Inertialsystem	Keine Zentrifugalkraft nötig
Doppelte Winkelgeschwindigkeit	Vierfache Zentrifugalkraft
Größerer Radius	Größere Zentrifugalkraft
Loslassen	Tangentiale Weiterbewegung
Zentripetalkraft	Nach innen gerichtete Resultierende

Kreuzworträtsel

Scheinkraft	Wie nennt man eine Kraft, die wegen eines beschleunigten Bezugssystems eingeführt wird?
Bezugssystem	Welcher Beobachtungsrahmen entscheidet über die Beschreibung?
Tangente	Auf welcher Geraden bewegt sich ein losgelassener Körper zunächst weiter?
Zentripetal	Welcher Zusatz bezeichnet die zum Mittelpunkt gerichtete Kraft?
Zentrifuge	Welches Gerät trennt Stoffe durch schnelle Rotation?
Winkelgeschwindigkeit	Welche Größe wird meist mit Omega bezeichnet?

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Lückentext

Die Zentrifugalkraft wird in einem

Bezugssystem eingeführt. Sie zeigt radial nach

. Physikalisch gehört sie zu den

. Im Inertialsystem hält die

den Körper auf seiner Kreisbahn. Nach dem Loslassen bewegt sich der Körper zunächst entlang einer

. Der Betrag der Zentrifugalkraft wächst proportional mit der

. Er wächst quadratisch mit der

. Bei doppelter Winkelgeschwindigkeit wird die Kraft um den Faktor

größer. Die Einheit der Kraft heißt

. Für eine korrekte Erklärung muss immer das gewählte

genannt werden.

Offene Aufgaben

Leicht

Skizze zur Kurvenfahrt: Zeichne ein Auto in einer Kurve und markiere die Bewegungsrichtung, den Kurvenmittelpunkt und die Richtung der Zentripetalkraft.
Alltagsbeispiele: Fotografiere oder beschreibe drei ungefährliche Situationen, in denen eine Kreisbewegung vorkommt.
Formelkarte: Gestalte eine Lernkarte zur Formel $F_{Z f} = m ω^{2} r$ und erkläre alle Größen mit ihren Einheiten.
Partnererklärung: Erkläre einer anderen Person in höchstens einer Minute, warum ein losgelassener Körper tangential weiterfliegt.

Standard

Salatschleuder-Experiment: Untersuche mit einer Salatschleuder, wie sich langsames und schnelles Drehen auf nasse Blätter auswirkt. Arbeite standsicher und unter Aufsicht.
Kettenkarussell-Berechnung: Berechne die Zentrifugalkraft für eine Person mit vorgegebenen Werten für Masse, Radius und Winkelgeschwindigkeit.
Bezugssystem-Vergleich: Beschreibe dieselbe Kurvenfahrt einmal aus Sicht einer Person am Straßenrand und einmal aus Sicht einer Person im Auto.
Lernplakat Kreisbewegung: Gestalte ein Plakat, das Zentripetalkraft, Zentrifugalkraft, Tangente und Drehachse korrekt unterscheidet.

Schwer

Formelumformung: Leite aus $v = ω r$ und $F = m \frac{v^{2}}{r}$ die Formel $F = m ω^{2} r$ her.
Messversuch planen: Entwickle einen sicheren Versuch, mit dem der Einfluss der Winkelgeschwindigkeit auf die notwendige Zentripetalkraft geprüft werden kann. Lege Variablen und Messwerte fest.
Fachinterview: Befrage eine Fachkraft aus Labor, Technik oder Freizeitpark dazu, wie rotierende Anlagen ausgewuchtet und sicher betrieben werden.
Raumstationsmodell: Entwirf ein Modell für künstliche Schwerkraft und begründe, wie Radius und Drehzahl die wahrgenommene Beschleunigung beeinflussen.

Lernkontrolle

Kurvenfahrt analysieren: Erkläre, warum eine Person im Auto eine Kraft nach außen wahrnimmt, während eine Person am Straßenrand die Bewegung ohne Zentrifugalkraft beschreibt.
Fehlvorstellung prüfen: Beurteile die Aussage „Nach dem Loslassen fliegt ein Körper radial nach außen“ und verbessere sie mithilfe einer Skizze.
Parameter vergleichen: Zwei gleich schwere Körper rotieren mit verschiedenen Radien und Winkelgeschwindigkeiten. Entscheide begründet, bei welchem die größere Zentrifugalkraft beschrieben wird.
Zentrifuge erklären: Erkläre die Stofftrennung in einer Laborzentrifuge einmal im Inertialsystem und einmal im rotierenden Bezugssystem.
Sicherheitsfrage übertragen: Begründe, warum schnell rotierende Geräte gut ausgewuchtet und fest verschlossen sein müssen.
Künstliche Schwerkraft bewerten: Vergleiche zwei Raumstationsentwürfe mit unterschiedlichen Radien und Drehzahlen und entscheide, welcher bei geringerer Drehzahl dieselbe Beschleunigung erzeugen kann.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema solltest Du zeigen, dass Du:

Bezugssysteme unterscheiden: die Beschreibung im Inertialsystem und im rotierenden Bezugssystem auseinanderhalten kannst.
Kräfte einzeichnen: Zentripetalkraft, Zentrifugalkraft, Radius und Tangente korrekt darstellen kannst.
Formeln anwenden: mit $F_{Z f} = m ω^{2} r$ und $F_{Z f} = m \frac{v^{2}}{r}$ rechnen und Einheiten prüfen kannst.
Abhängigkeiten erklären: den Einfluss von Masse, Radius und Winkelgeschwindigkeit begründen kannst.
Bewegungen deuten: die tangentiale Weiterbewegung nach dem Loslassen erklären kannst.
Anwendungen übertragen: Kurvenfahrt, Karussell, Waschmaschine oder Zentrifuge physikalisch analysieren kannst.
Fehlvorstellungen korrigieren: erklären kannst, warum Zentrifugal- und Zentripetalkraft kein Wechselwirkungspaar sind.

OERs zum Thema

Verknüpfte Lernbereiche

Zentrifugalkraft - Physik

aiMOOC-Projekte

Schulfach+

Prüfungsliteratur 2026
Bundesland	Bücher	Kurzbeschreibung
Baden-Württemberg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Mittlere Reife Der Markisenmann - Jan Weiler oder Als die Welt uns gehörte - Liz Kessler Ein Schatten wie ein Leopard - Myron Levoy oder Pampa Blues - Rolf Lappert	Abitur Dorfrichter-Komödie über Wahrheit/Schuld; Roman über einen Ort und deutsche Geschichte. Mittlere Reife Wahllektüren (Roadtrip-Vater-Sohn / Jugendroman im NS-Kontext / Coming-of-age / Provinzroman).
Bayern	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Lustspiel über Machtmissbrauch und Recht; Roman als Zeitschnitt deutscher Geschichte an einem Haus/Grundstück.
Berlin/Brandenburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Der Biberpelz - Gerhart Hauptmann Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Gerichtskomödie; soziales Drama um Ausbeutung/Armut; Komödie/Satire um Diebstahl und Obrigkeit; Roman über Erinnerungsräume und Umbrüche.
Bremen	Abitur Nach Mitternacht - Irmgard Keun Mario und der Zauberer - Thomas Mann Emilia Galotti - Gotthold Ephraim Lessing oder Miss Sara Sampson - Gotthold Ephraim Lessing	Abitur Roman in der NS-Zeit (Alltag, Anpassung, Angst); Novelle über Verführung/Massenpsychologie; bürgerliche Trauerspiele (Moral, Macht, Stand).
Hamburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun	Abitur Justiz-/Machtkritik als Komödie; Großstadtroman der Weimarer Zeit (Rollenbilder, Aufstiegsträume, soziale Realität).
Hessen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Prozess - Franz Kafka	Abitur Gerichtskomödie; Fragmentdrama über Gewalt/Entmenschlichung; Erinnerungsroman über deutsche Brüche; moderner Roman über Schuld, Macht und Bürokratie.
Niedersachsen	Abitur Der zerbrochene Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun Die Marquise von O. - Heinrich von Kleist Über das Marionettentheater - Heinrich von Kleist	Abitur Schwerpunkt auf Drama/Roman sowie Kleist-Prosatext und Essay (Ehre, Gewalt, Unschuld; Ästhetik/„Anmut“).
Nordrhein-Westfalen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Komödie über Wahrheit und Autorität; Roman als literarische „Geschichtsschichtung“ an einem Ort.
Saarland	Abitur Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Furor - Lutz Hübner und Sarah Nemitz Bahnwärter Thiel - Gerhart Hauptmann	Abitur Erinnerungsroman an einem Ort; zeitgenössisches Drama über Eskalation/Populismus; naturalistische Novelle (Pflicht/Überforderung/Abgrund).
Sachsen (berufliches Gymnasium)	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Irrungen, Wirrungen - Theodor Fontane Der gute Mensch von Sezuan - Bertolt Brecht Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Trafikant - Robert Seethaler	Abitur Mischung aus Klassiker-Drama, sozialem Drama, realistischem Roman, epischem Theater und Gegenwarts-/Erinnerungsroman; zusätzlich Coming-of-age im historischen Kontext.
Sachsen-Anhalt	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Themenfelder)	Abitur Schwerpunktsetzung über Themenfelder (u. a. Literatur um 1900; Sprache in politisch-gesellschaftlichen Kontexten), ohne feste Einzeltitel.
Schleswig-Holstein	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Recht/Gerechtigkeit und historische Tiefenschichten eines Ortes – umgesetzt über Drama und Gegenwartsroman.
Thüringen	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool)	Abitur In der Praxis häufig Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool; landesweite Einzeltitel je nach Vorgabe/Handreichung nicht einheitlich ausgewiesen.
Mecklenburg-Vorpommern	Abitur (Quelle aktuell technisch nicht abrufbar; Beteiligung am gemeinsamen Aufgabenpool bekannt)	Abitur Land beteiligt sich am länderübergreifenden Aufgabenpool; konkrete, veröffentlichte Einzeltitel konnten hier nicht ausgelesen werden.
Rheinland-Pfalz	Abitur (keine landesweit einheitliche Pflichtlektüre; schulische Auswahl)	Abitur Keine landesweite Einheitsliste; Auswahl kann schul-/kursbezogen erfolgen.