Odstředivá vs odstředivá síla: Jaký je rozdíl a proč na tom záleží

Dostředivá síla a odstředivá síla jsou dva pojmy, které si studenti fyziky běžně pletou nebo špatně chápou.

Typická mylná představa je, že dostředivá síla je směrována do středu kruhové dráhy objektu, zatímco odstředivá síla je směrována ven, jako by oba působili v opačných směrech. Ve skutečnosti je však pouze jeden z nich nemovitý platnost!

Jedinou silou způsobující kruhový pohyb objektu je dostředivá síla, který je vždy směrován do středu kruhové dráhy. Pokud například automobil obchází zatáčku, je dostředivá síla, která ho činí v křivce, namísto přímky, namířena na poloměr kružnice, kterou auto sleduje.

• Odstředivá síla je fiktivní síla, což znamená, že je není skutečná síla. Dostředivá síla je skutečný.

Odstředivá síla, na druhou stranu, neexistuje. Stejně jako tokový kondenzátor „Zpět do budoucnosti“ byl tento termín vynalezen, aby pomohl popsat něco imaginárního, i když na základě skutečných pozorování. Účinky pohybu v kruhu mají tendenci vyvolávat u objektu pocit, že „letí“ ven, a myšlenka na

Když auto prudce zatočí doleva, cestující se mohou cítit „hozeni“ napravo od vozu. Nebo na dně smyčky na horské dráze se mohou jezdci cítit tlačeni dolů na svá místa.

Tyto pocity jsou výsledkem setrvačnost; nicméně, ne síla (i když ji lze označit jako zdánlivá síla). Setrvačnost popisuje tendenci objektu odolat změnám v jeho pohybu, jak je popsáno v Newtonově prvním zákoně, zákonu setrvačnosti.

Když auto prudce zatočí nebo se horská dráha vrhne, lidská těla uvnitř se již pohybují určitou rychlostí určitým směrem. Podle zákona setrvačnosti tyto orgány zpočátku odolat měnit jejich rychlosti.

Cestující se stále pohybují vpřed ve vesmíru, když auto začne prudce zajíždět doleva - takže spíše než „házet doprava“ je auto ve skutečnosti narazil do nich zleva, když se náhle pohnul. Jakmile jejich těla dohoní a začnou se pohybovat také doleva, narážející pocit končí.

Podobně jako na horské dráze se těla stále pohybují dolů, když na ně horská dráha začne tlačit nahoru. Dokud jejich těla nedohoní tak, aby odpovídala nové rychlosti horské dráhy, mají pocit, že jsou hozeny na vnější stranu vozíků. Jejich těla se stále pohybují směrem ke kočárům, zatímco vozíky se nyní pohybují směrem k jejich tělům.

Dostředivá síla je jen částí receptu na to, aby se něco pohlo v kruhu. Další složkou je lineární rychlost. Objekt se musí pohybovat, když dostředivá síla působí v pravém úhlu k jeho pohybu, aby se mohla pohybovat v kruhu.

Zvažte míč na konci řetězce. Aby se to člověku točilo kolem hlavy, musí to nejprve vyhodit nějakou horizontální složkou (jinými slovy, ne přímo do sebe nebo od sebe). Osoba vytáhne napnutou šňůru a míč ji začne kroužit, než aby vyletěl.

Aby se míč na laně stále točil, musí se stále dít dvě věci: Osoba musí lano stále napínat (taháním za něj), a musí stále přidávat mírné vodorovné švihy, aby udrželi lineární pohyb míče, který by jinak zpomalil od tření se vzduchem. (Ve vesmíru by to však člověk udělal pouze Je třeba vytáhnout lano, které se naučilo, protože míč při otáčení ve vakuu neztratil nic ze své lineární rychlosti.)

Pokud by se míč nehnul a osoba napnula lano napnuté, míč by se jen pohyboval dovnitř směrem k osobě, nikoli kruhu. Pokud se míč pohyboval přímo z osoby a oni natáhli provaz, nejprve by míč zpomalil, pak změnil směr a vrátil se zpět k osobě, opět ne kruh.

V těchto případech by ani nemělo smysl nazývat sílu přenášenou lanem dostředivou silou. Je to prostě síla síly působící na míč.

Slovo dostředivý je jen způsob, jak popsat jakoukoli sílu působící kolmo na lineární rychlost objektu. Mnoho druhů objektů nebo interakcí může poskytnout dostředivé síly.

Například, jak již bylo zmíněno, provaz točící se v kruhu poskytuje dostředivou sílu na předmět uvázaný na jeho konci. Auto zatáčející se v zatáčce zažívá dostředivou sílu z tření mezi pneumatikami a vozovkou. Družice na oběžné dráze pokračuje v pohybu v kruhu díky gravitační síle poskytující dostředivou sílu směrem ke středu Země.

V každém z těchto případů, pokud by byl náhle odstraněn zdroj dostředivé síly, lano, tření nebo gravitace, objekt by se přestal pohybovat v kruhu. Přesněji řečeno, odlétlo by tečně k tomuto kruhu s jakoukoli lineární rychlostí, kterou mělo.

Protože dostředivá síla je směrována do středu kruhové dráhy objektu a odstředivé síly neexistuje, aby tomu čelil, objekt pohybující se po zakřivené dráze musí zažívat a čistá síla směrem ke středu kruhu.

Z Newtonova druhého zákona, F = ma, z toho vyplývá, že čistá síla způsobí zrychlení. Opravdu všechno, co se pohybuje v kruhu, má zrychlení, označované jako dostředivé zrychlení, směrem ke středu kruhu.

To se může zdát protiintuitivní vzhledem k tomu, že zrychlení znamená měnící se rychlost, přesto se spousta věcí pohybuje v kruhu zjevně konstantní rychlostí.

Zde pomáhá připomenout, že rychlost je vektor s velikostí i směrem a změna kteréhokoli z těchto výsledků vede k nové rychlosti. Jak se objekt pohybuje v kruhu, jeho lineární rychlost a dostředivé zrychlení neustále mění směr; v kterémkoli bodě podél cesty budou šipky pro každý vektor směřovat jiným způsobem než v jakémkoli jiném bodě podél cesty.

Objekt tedy pokračuje v cestování po stejnou rychlostí ale s neustále se měnícím směrem. Fyzici to popisují jako rovnoměrný kruhový pohyb.

Protože dostředivá síla je vždy kolmá na lineární rychlost objektu, popisuje poloměr kruhové dráhy objektu. Čím větší je dostředivá síla, tím tvrdší je „tahání“ dovnitř, tím těsnější nebo menší kruh bude, a čím volnější je dostředivá síla, tím větší bude kruhová dráha.

To by mohlo mít smysl intuitivně: Vtažení lana, které drží míč, nebo zakřivení na a lepkavý povrch s větším třením než na hladkém, jako je led, bude mít za následek menší kruh pohyby. Nezapomeňte, že v každé situaci je jedinou silou způsobující kruhový pohyb síla dovnitř dostředivá síla. Žádná odstředivá síla nikdy nevytlačí předmět „ven“ do kruhu.