Es wird folgende Anordnung betrachtet, die dem untersuchten Experimentierkreisel entspricht.
Eine massive, homogene kreisförmige Scheibe (also ein flacher Vollzylinder) wird so angebracht, dass ihre Symmetrieachse Drehachse für die Rotation in einer vertikalen Ebene ist. Die Masse der Scheibe ist mS, ihr Radius r.
Am Rand wird ein Band befestigt, an dem ein Körper der Masse m angehängt wird. Wenn dieser Körper frei gegeben wird, entsteht ein Drehmoment und die Scheibe wird in gleichmäßig beschleunigte Rotation versetzt.
Wenn die Masse m fällt, übt sie eine nach unten gerichtete Kraft F auf die Scheibe aus. Gemäß dem Wechselwirkungsprinzip (3. Newton'sches Axiom) übt die Scheibe eine gleich große, nach oben gerichtete Kraft auf die Masse m aus. An m greift also folgende resultierende Kraft an, die den Körper beschleunigt:
Für das Drehmoment, das an der Scheibe angreift, gilt:
.
Mit dem Trägheitsmoment der Scheibe (Vollzylinder)
ergibt sich für die Kraft F:
.
Aus dem Zusammenhang zwischen Winkelgeschwindigkeit und Bahngeschwindigkeit
folgt durch ableiten nach der Zeit:
.
Eingesetzt in die Beziehung für F:
.
Die Kraft, welche die Masse m beschleunigt, ist also
Daraus ergibt sich die Beschleunigung:
Wenn nun mS viel größer ist als m, dann ist die Beschleunigung a viel kleiner als g.
Zahlenbeispiel:
m = 200 g, mS = 4 kg;
Für die Kraft F, die das Drehmoment erzeugt, ergibt sich:
Mit obigem Zahlenbeispiel:
