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Marginalia, Physik im Alltag und Naturphänomene, Physik und Kultur

Eine kleine Physik rollender Tomaten

Wenn ich eine Tomate auf die flache Hand lege, rollt sie bereits bei einem sehr kleinen Neigungswinkel herunter – sofern sie nicht allzu stark von der Kugelform abweicht. Ein Quader von etwa derselben Größe würde erst bei einem sehr viel größeren Neigungswinkel hinunter gleiten, nämlich genau dann, wenn die mit der Neigung wachsende Komponente der senkrecht wirkenden Schwerkraft größer als die Reibungskraft zwischen Quader und Hand wird.
Da die Rollreibungskraft eines Gegenstands wesentlich kleiner ist als die Gleitreibungskraft, genügt bei runden Gegenständen eine wesentlich kleinere Komponente der Schwerkraft und damit eine entsprechend geringere Reibung, um sie in Bewegung zu setzen.
Legt man jedoch zwei Tomaten (oder andere runde Objekte) auf die Hand, sodass sie sich berühren, bleiben sie liegen auch wenn der Neigungswinkel größer wird als bei der einzelnen Tomate. Erst wenn man die Hand so stark neigt, dass die beiden Tomaten gemeinsam ins Gleiten geraten, kommt Bewegung ins Spiel.
Ursache dieses auf den ersten Blick merkwürdigen Verhaltens ist die Größe der Gleitreibungskraft zwischen den beiden sich berührenden Tomaten. Denn um ins Rollen zu geraten, müssten die Tomaten sich an der Berührungsstelle in entgegengesetzte Richtung bewegen und das geht nur, wenn sie aneinander entlang gleiten und damit abbremsen. Da nützt dann auch eine größere Neigung nichts. Im Gegenteil, mit größerer Neigung wird auch die Kraft mit der die Tomaten aneinander gepresst werden und damit die Reibungskraft zwischen ihnen größer. Die Tomaten hemmen sich also gegenseitig in der Bewegung. Erst wenn beide Tomaten als Ganzes auf der Handfläche zu gleiten beginnen, kann es abwärts gehen. Eine andere Möglichkeit wäre, die hintere Tomate am Rollen zu hindern und damit den Druck auf die vordere Tomate auszuschalten.
Noch viel eindrucksvoller als mit Tomaten funktioniert dieses Spiel mit Flummis, weil die Reibung zwischen ihnen wesentlich größer ist als bei den glatten Tomaten. Die Tomaten kommen hier nur deshalb zur Sprache, weil der Effekt mir bei ihnen aufgefallen ist.

 

 

 

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Diskussionen

17 Gedanken zu “Eine kleine Physik rollender Tomaten

  1. wenn zwei Bergsteiger gemeinsam ins Rutschen geraten, bremsen sie sich dann auch gegenseitig ab?

    Verfasst von gkazakou | 11. September 2019, 07:46
  2. Das ist wirklich interessant.
    Die Tomaten als Beispiel finde ich sehr anschaulich und gut.

    Verfasst von ab nach Hause | 11. September 2019, 10:00
  3. Ich werde es auf jeden Fall ausprobieren! Liebe Grüße, Andrea

    Verfasst von andreaschopfbalogh | 11. September 2019, 20:37
    • Liebe Andrea, mit anderen „Kugeln“, die eine größere Reibung aufeinander ausüben als Tomaten, geht es wesentlich besser; z.B. kleine Bälle. Am eindrucksvollsten ist es, wie gesagt, mit Flummis, die in fast jeder Spielzeugabteilung erhältlich sind. LG, Joachim.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 11. September 2019, 20:55
  4. Oder man klebt die Bälle aneinander!

    Wieso ich das erwähne?
    Im Schach gibt es sogenannte Eröffnungen.
    Die „englische“ Eröffnung bzw. das Spekrum dieser beginnt mit 1.c4.

    Einige Schachfreunde machten sich einen Spaß, indem sie den C-Bauern des Lokalmatadors auf dem Brett festklebten. Als dieser mit 1. c4 eröffnete, riss er das ganze Brett mit und die meisten Figuren kullerten zu Boden.

    Verfasst von kopfundgestalt | 11. September 2019, 21:45
  5. Lieber Joachim, hast Du noch Tipps für die konkrete Durchführung mit Flummis? Ich lege sie auf zwei parallel orientierte, sich berührende Stativstangen und da ist das Ganze nicht gut beobachtbar (vermutlich ist die Reibung zwischen Flummi und Metall zu groß, habe verschiedene Flummis probiert). Gruß Kai

    Verfasst von Kai | 18. September 2019, 09:49
    • Lieber Kai, mit den Stativstangen dürfte das gar nicht so schlecht sein, weil dadurch eine Rinne entsteht und die Flummis nicht seitlich ausbrechen können. Als ich den Versuch vor längerer Zeit durchgeführt habe, habe ich die Flummis auf einer Holzrinne bei kleiner Neigung aneinandergelegt und dann die Neigung vorsichtig vergrößert, bis sie dann losrollten. Die so ermittelte Grenzsteigung habe ich dann fest eingestellt. Außerdem ist es meiner Erinnerung nach von Vorteil, einen größeren Flummi vor einen kleineren so positionieren. Man muss da schon ein wenig experimentieren 🙂 Gruß, Joachim.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 18. September 2019, 10:32
      • Das Fixieren der Grenzsteigung ist ein guter Tipp, danke Dir. Auch mit verschiedenen Flummigrößen hatte ich experimentiert und war dabei auf eine Variante gekommen, die gleich klappte: die beiden berührend auflegen, dann losrollen lassen (also Steigung kleiner als Grenzsteigung). Sie trennen sich bald, aber der hintere holt den vorderen ein und bremst ihn durch den kurzen Kontakt wegen Reibung. Man kann vorher die Frage stellen, ob sie länger brauchen, um unten anzukommen als wenn sie einzeln rollen. Durch den Einholvorgang und Kurzkontakt ist die Zeit dann größer. Oder man ist gemein und fragt noch, welcher der hintere sein muss.
        Jedenfalls hast Du mich wieder mal inspiriert …

        Verfasst von Kai | 18. September 2019, 10:53

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