ربما تكون قد جربت القيادة على الطريق السريع ، عندما انحرفت الطريق فجأة وشعرت وكأنك تدفع نحو اليمين ، في الاتجاه المعاكس للمنحنى. هذا مثال شائع لما يعتقده الكثير من الناس ويسمونه "قوة الطرد المركزي". هذه "القوة" تسمى خطأً قوة الطرد المركزي ، لكن في الحقيقة لا يوجد شيء من هذا القبيل!
لا يوجد شيء مثل تسارع الطرد المركزي
الكائنات التي تتحرك في حركة دائرية موحدة تواجه قوى تحافظ على الكائن في حركة دائرية مثالية ، مما يعني أن مجموع القوى موجه إلى الداخل نحو المركز. القوة المفردة مثل التوتر في الخيط هي مثال على قوة الجاذبية ، لكن القوى الأخرى يمكن أن تملأ هذا الدور أيضًا. ينتج عن التوتر في الخيط قوة جاذبة ، والتي تسبب الحركة الدائرية المنتظمة. على الأرجح ، هذا ما تريد حسابه.
لنستعرض أولاً ما المقصود بعجلة الجاذبية المركزية وكيفية حسابها ، وكذلك كيفية حساب قوى الجاذبية المركزية. بعد ذلك ، سنتمكن من فهم سبب عدم وجود قوة طرد مركزي.
نصائح
لا توجد قوة طرد مركزي ؛ إذا كانت هناك حركة دائرية. يمكنك رؤية هذا بسهولة إذا قمت بإنشاء مخطط قوة الطرد المركزي الذي يتضمن أيضًا قوة الجاذبية المركزية. تسبب قوى الجاذبية المركزية حركة دائرية ، وتوجه نحو مركز الحركة.
خلاصة سريعة
لفهم قوة الجاذبية والتسارع ، قد يكون من المفيد تذكر بعض المفردات. أولاً ، السرعة هي متجه يصف سرعة واتجاه حركة جسم ما. بعد ذلك ، إذا كانت السرعة تتغير ، أو بعبارة أخرى تتغير سرعة الجسم أو اتجاهه كدالة للوقت ، فإن لها أيضًا تسارعًا.
حالة معينة للحركة ثنائية الأبعاد هي الحركة الدائرية المنتظمة ، حيث يتحرك الجسم بسرعة زاوية ثابتة حول نقطة مركزية ثابتة.
لاحظ أننا نقول أن الكائن له ثابتسرعة، لكن لا● السرعة، لأن الكائن يغير الاتجاهات باستمرار. لذلك ، يحتوي الجسم على عنصرين من عناصر التسارع: التسارع العرضي الموازي لاتجاه حركة الجسم ، والعجلة المركزية المتعامدة.
إذا كانت الحركة منتظمة ، فإن مقدار العجلة العرضية يساوي صفرًا ، وللعجلة المركزية مقدار ثابت غير صفري. القوة (أو القوى) التي تسبب التسارع المركزي هي قوة الجاذبية ، والتي تشير أيضًا إلى الداخل نحو المركز.
هذه القوة ، من المعنى اليوناني "البحث عن المركز" ، مسؤولة عن دوران الجسم في مسار دائري منتظم حول المركز.
حساب تسارع الجاذبية المركزية والقوى
يتم إعطاء التسارع المركزي لجسم ما
أ = \ فارك {v ^ 2} {R}
أينالخامسهي سرعة الكائن ورهو نصف القطر الذي يدور عنده. ومع ذلك ، اتضح أن الكمية
F = ma = \ frac {mv ^ 2} {R}
ليست في الحقيقة قوة ، ولكن يمكن استخدامها لمساعدتك على ربط القوة أو القوى التي تؤدي إلى الحركة الدائرية ، بعجلة الجاذبية المركزية.
فلماذا لا توجد قوة طرد مركزي؟
دعنا نتظاهر بوجود شيء مثل قوة الطرد المركزي ، أو القوة التي تساوي وتعاكس قوة الجاذبية المركزية. إذا كان الأمر كذلك ، فستلغي القوتان بعضهما البعض ، مما يعني أن الكائن لن يتحرك في مسار دائري. قد تدفع أي قوى أخرى الجسم في اتجاه آخر أو في خط مستقيم ، ولكن إذا كانت هناك دائمًا قوة طرد مركزي متساوية ومعاكسة ، فلن تكون هناك حركة دائرية.
إذن ماذا عن الإحساس الذي تشعر به عندما تدور حول منحنى على الطريق وفي أمثلة أخرى لقوة الطرد المركزي؟ هذه "القوة" هي في الواقع نتيجة القصور الذاتي: يستمر جسمك في التحرك في خط مستقيم ، والسيارة في الواقع يدفعك حول المنعطف ، لذلك يبدو أننا ندخل السيارة في الاتجاه المعاكس لـ منحنى.
ما الذي تفعله حاسبة قوة الطرد المركزي حقًا
تأخذ آلة حاسبة لقوة الطرد المركزي أساسًا معادلة تسارع الجاذبية (التي تصف التسارع الحقيقي الظاهرة) ويعكس اتجاه القوة ، لوصف الطرد المركزي الظاهر (ولكن الخيالي في نهاية المطاف) فرض. ليست هناك حاجة فعلاً للقيام بذلك في معظم الحالات ، لأنه لا يصف حقيقة الموقف المادي ، فقط الموقف الظاهر في إطار مرجعي غير قصوري (i ، e. من منظور شخص ما داخل السيارة المستديرة).