Wieso ändert sich die Normalkraft bei der vertikalen Kreisbewegung?

Question

wir haben einen versuch gemacht, bei dem zuerst der mensch mit wasserkübel konstant 600 N wog

danach hat die person den kessel mit einer möglichst konstanten Frequenz in einer vertikalen kreisbahn geschwungen 

die normalkraft schwingt nun um die 600 N

bei kräften nach oben ist sie >600 und bei kräften nach unten <600

kann mir jemand erklären, weshalb das so ist?

Comments

 da noch die darstellung dazu

Answer 1

Um den Kessel nach oben zu bewegen, braucht die Person 

eine nach oben gerichtete Beschleunigung, die durch eine

nach oben gerichtete Kraft zustande kommt. Die Gegenkraft

wirkt also auf die Füße der Person und damit auf den Kraftmesser

nach unten. Das ist genauso, als wenn du eine Auto bei Glatteis

nach vorne schieben willst, dann rutschen deine Füße nach hinten weg

durch diese Gegenkraft.

Umgekehrt, wenn der Eimer sich nach unten bewegt, zieht die 

Person den Eimer abwärts und wird dadurch selbst etwas angehoben

und verliert somit etwas von der unten gerichteten Normalkraft.

Comments

Das dürfte ja wohl alles falsch sein.

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Echt hilfreicher Kommentar.

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Im Folgenden sind alle Kräfte mit Vektorpfeil notiert zu denken:

Auf den Kübel wirken zwei Kräfte :
Die Gravitationskraft F_(G) (senkrecht nach unten) und die Kraft des Armes F_(A) (zum Kreismittelpunkt hin).

Die Summe dieser beiden Kräfte bewirkt eine Beschleunigung des Kübels und zwar eine orthogonal zur Bahn durch die Zentripetalkraft F_(Z) (zum Bahnmittelpunkt hin) und eine tangential zur Bahn durch die Kraft F_(T), die eine Änderung des Betrages der Geschwindigkeit bewirkt.

F_(G) + F_(A)  = F_(Z) + F_(T)

Durch diese Änderung von v (unten, in Position 3 größer als oben, in Position1) ändert sich auch der Betrag von F_(Z), nämlich m*v^2/r und somit auch die Vertikalkomponente von F_(A), die vom Kraftmesser angezeigt wird.

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auch wenn sich die Geschwindigkeit oben und unten nicht oder kaum unterscheidet, gibt es den Effekt. Am besten ersetzt man den Menschen in Gedaken durch einen Stab mit Drehpunkt , so dass man eine Drehbewegung in Gangsetzen kann. jetzt muss der Kraftmesser  ausser dem Gewicht des Kessels nur die nötigen Zentripetalkräfte aufbringen, die unten und oben entgegengesetzt sind. 

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Ja natürlich gibt es den Effekt.

Wenn der Kübel in der oberen Hälfte ist, dann muss man ihn herunterziehen (genauer : der vertikale Kraftanteil von F_(A) ist nach unten gerichtet), der Effekt ist ähnlich wie bei einem versuchten Klimmzug an der Reckstange, an der man zieht, wodurch der Boden an der Stelle wo man steht entlastet wird.
Wenn der Kübel in der unteren Hälfte ist, dann muss man an ihm nach oben ziehen (genauer : der vertikale Kraftanteil von F_(A) ist nach oben gerichtet), das ist ähnlich wie bei einer Hantel, an der der Gewichtheber zieht wodurch der Boden an der Stelle wo er steht zusätzlich belastet wird.

Für mich bleibt allerdings die Frage, warum in der Nähe der mit einem blauen Punkt markierten Positionen 1 immer ein Dreizack auftaucht, aus physikalischer Sicht sollte das mEn ein Zweizack sein. Meine einzige Erklärung wäre, dass das etwas mit der Biologie des Schultergelenks und der Schultermuskulatur zu tun hat. Vielleicht kann das jemand erklären.