Präzession – wie man scheinbar die Gravitation aufhebt

Derek Muller vom Wissenschafts-Channel Veritasium auf YouTube stellt immer wieder interessante Videos online. In einem aktuellen Video zeigt er ein Rad, das durch Präzession augenscheinlich die Gravitation umgeht. Es ist zu sehen, wie er ein 19kg schweres Rad, das an einer Stange befestigt ist, mit einer Hand schier ohne Anstrengung hochhält. Wie ist das möglich?

Präzession - Anti-Gravitations-Rad von Derek Muller
Präzession – Anti-Gravitations-Rad von Derek Muller (Quelle: Screenshot YouTube-Video)

Das Anti-Graviations-Rad

Zum Schluss des Videos macht er einen Versuch, den er unbeantwortet lässt. Wie wirkt sich das Rad auf sein Gewicht aus, wenn er damit auf eine Waage steht?

Bevor ich die Frage beantworte, will ich erst ein paar Worte zum Rad selber sagen. Wie man auf dem Bild oben sehen kann, ist das Rad kein Leichtgewicht. Das Rad selbst wiegt 19kg. Dazu kommt dann noch die Metallstange.

Aus der Physik wissen wir, dass man beim Hochheben des Rades darauf achten sollte, die Stange so weit wie möglich am Rad anzufassen. Je weiter weg, desto größer wird das Moment, das man zusätzlich zur Gewichtskraft des Rades aufbringen muss. Ganz am Ende der Stange ist es also fast unmöglich, die Stange waagerecht hochzuheben.

Diese Gesetzmäßigkeit ändert sich jedoch, wenn man das Rad zum Rotieren bringt. Drehzahlen von 2000 U/min oder noch mehr erzeugen ein spezielles Phänomen – die Präzession.

Wie man im Video unten sehen kann, wird das Rad mit einer Bohrmaschine in Rotation gebracht. Wie man dann sehen kann, hält Derek Muller die Stange mit Beiden Händen hoch und lässt sie mit der Hand am Rad los. Anschließend macht er in einer Art Schraubbewegung eine ganze Drehung der Stange, indem er sie nur mit einer Hand am äußeren Ende gegenüber des Rades hält. Es wirkt, wie wenn die Stange nichts wiegen würde.

Es ist nicht einfach, die Präzession zu beschreiben. Hierfür schaust du am besten dieses Video zur Erklärung des Anti-Gravity Wheels von Derek Muller an.

Wikipedia beschreibt die Präzession (lat. praecedere = vorangehen) folgendermaßen:

Die Präzession ist allgemein die Richtungsänderung der Achse eines rotierenden Körpers, wenn äußere Kräfte ein Drehmoment auf ihn ausüben.

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Erklärung der Präzession anhand eines Speichenrads

VORSICHT: Jetzt wird´s kompliziert :-)

Ich versuche, die Präzession am Beispiel eines einseitig aufgehängten Speichenrads zu erklären. Wem das zu viel wird, der kann gleich unten das Video anschauen.

Präzession am Beispiel eines Speichenrads
Präzession am Beispiel eines Speichenrads (Quelle: Screenshot YouTube-Video von Prof. Werner Maurer)

Durch die Aufbringung der Rotation auf das Rad wird ein Drehmoment erzeugt. Dieses bewirkt einen Drehimpuls, dessen Vektor L dieselbe Richtung wie die Achse hat.

Die Gewichtskraft des Rades und die Seilkraft bewirken ein Moment M. Dieses steht senkrecht auf dem Drehimpuls L.

Wenn man nun das Rad mit der richtigen Winkelgeschwindigkeit ω startet, präzessiert/ rotiert das Rad mit einer horizontalen Achse um die Aufhängung am Seil. Wäre keine Reibung im System, würde das Rad unendlich weiter rotieren.

Dieses Beispiel kann man nun auf das Rad an der Metallstange von Derek Muller übertragen. Die Aufhängung wäre in seinem Fall der Punkt, an dem seine Hand die Stange hält. Um diesen geschieht die Präzession. Vorausgesetzt, auf das Rad wird eine entsprechend hohe Drehzahl aufgebracht.

Die Präzession kann man sehr schön an einem Gyroskop Kreisel* beobachten. Wird dieser während seiner Drehbewebung gestört (z.B. mit dem Finger), bewirkt dies aufgrund der Ausweichbewegung eine Bewegung der Drehachse – die Präzession.

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Fazit und Video zum Anti-Gravitations Rad

Derek Muller fragt, ob sich das Gewicht ändern wird, wenn er mit dem rotierenden Rad auf eine Waage steht. Eine berechtigte Frage, da es so scheint, als würde die Gravitation außer Kraft gesetzt werden.

Durch die Erklärung des physikalischen Phänomens Präzession kann jedoch eine eindeutige Antwort gegeben werden: Nein, das Gewicht ändert sich nicht. Die Gravitation wird also nur scheinbar aufgehoben.

Die Hintergründe des Experiments sind komplex, aber man es ja auch nicht ganz genau verstehen. Es genügt doch zu wissen, dass es funktioniert. Also, bau dir deinen eigenes Experiment und verblüffe deine Kollegen, Freunde oder Familie. Ich bin gespannt auf deren Reaktion.

Über Stefan Reinsprecht 147 Artikel
Hi, ich bin Stefan Reinsprecht, der Herausgeber von Netzkonstrukteur. Als Maschinenbauingenieur mit jahrelanger Erfahrung in der Konstruktion und Entwicklung interessiere ich mich sehr für technische Dinge. Hier erfährst Du Neuigkeiten, aber auch Grundlagen. Viel Spaß beim Lesen.

1 Kommentar

  1. Mal angenommen, man hat 100 kg gefrorenes Wasser im Vakuum (das Wasser sei eine Ansammlung sich stoßender Kugeln, bei denen die Hälfte sich bis auf einen Grenzradius stattdessen auch anzieht). Schwer zu lupfen, klar.
    Hat man dieselbe Menge verdampftes Wasser in einem Plastikbeutel und schlägt von unten schnell immer abwechselnd an einer anderen Stelle mit der Faust rein, trifft der Stoß ja auf keine so große Gegenmasse und pflanzt sich folglich tiefer rein. Man müßte also insgesamt mehr Kraft je Zeit gegen die Schwerkraft reinpflanzen können.
    Genauso braucht ein Hammer Schwung, möchte man einen Nagel in eine Wand schlagen.
    Die Kugeln speichern die Kraftwirkungen in ihrem Bewegungsvektor, mit dem sie sich je Zeitschritt dann bewegen. Jetzt scheint es aber so zu sein, daß ein Teil vom Stoß oder Zug nur für einen kurzen Moment im Bewegungsvektor verbleibt. Der wird danach einfach mit seinem Vorgängerwert arithmetisch gemittelt. Das würde aber bedeuten, daß der Drehimpuls nur eine begrenzte Zeit erhalten bleibt. Im anderen Fall würde aber keine Bindung halten. Nachprüfen kann man das nur, indem man einen Körper in der Schwerelosigkeit im Vakuum rotieren läßt, also praktisch nicht. Das drehende Rad ist meiner naiven Meinung nach was Ähnliches wie das kochende Wasser. Man bringt mehr Gegenkraft rein, wenn man immer an den Stellen mit weniger Gegenmasse angreift. Das alles habe ich in einem Jahr Physik auf dem WG verlernt. Schlimme Demenz.

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