Drehe die Zentrifuge erst langsam, dann schneller!
WORUM GEHT ES?
Unter einer runden, durchsichtigen Scheibe befinden sich Kugeln mit unterschiedlicher Masse, die durch unterschiedliche Farbgebung markiert sind. Die Besucher versetzen die Scheibe in Rotation – zunächst langsam, danach schneller.
Zuerst vermischen sich die Kugeln, dreht man dann schneller, werden die schweren Kugeln an den Rand der Zentrifuge geschleudert, die leichteren Kugeln sammeln sich in der Mitte.
WESHALB IST DAS SO?
Ein Körper, der eine Bewegung ausführt, will aufgrund der Trägheit seine Bewegungsrichtung beibehalten. Um einen Körper auf eine Kreisbahn zu zwingen, muss immerzu eine Kraft wirken, die ihn nach innen zieht. Man nennt diese Zentripetalkraft. Der Körper selbst „fühlt“ nur die Kraft, die entgegengesetzt ist und ihn nach außen treibt: Diese wird Zentrifugalkraft genannt.
Ein gutes Beispiel ist ein Diskuswerfer: Mit kräftigem Arm und fester Hand zwingt er die Scheibe auf eine Kreisbahn um sich herum bis er loslässt. In diesem Moment fliegt die Scheibe aufgrund ihrer Trägheit tangential geradeaus davon.
So ist es auch bei der Zentrifuge: Wenn sie sich dreht drängt alles nach außen. Dies aber fein nach Gewicht sortiert. Man kann sich das vorstellen wie eine Wasserwanne, die zu einem Kreis aufgerollt ist. Der Boden der Wanne ist dabei die Außenwand der Zentrifuge. Die schweren Teile sinken nach unten bzw. außen, die leichten Teile schwimmen oben bzw. innen.
Der Vorteil der Zentrifuge ist, dass die Kraft umso größer wird, je schneller sie sich dreht. So kann man bei Teilchen, die fast gleich schwer sind und bei denen man sehr lange warten müsste, bis sie sich absetzten, den Vorgang deutlich beschleunigen.
Alltagsbezug
Zentrifugen werden zur Trennung von Stoffgemischen eingesetzt. Sie vereinen zwei physikalische Effekte in sich – die Trägheit der Masse (Teilchen größerer Dichte werden nach außen transportiert) und die Zentrifugalkraft.
Zentrifugen sind aus dem Haushalt in Form von Wäscheschleudern oder Salatschleudern bekannt, in der Technik werden sie z.B. zur Urananreicherung oder zur Blutplasmagewinnung eingesetzt.