Pravděpodobně jste již zažili jízdu po dálnici, když najednou křivky silnice doleva vypadaly, jako byste byli tlačeni ven doprava, v opačném směru křivky. Toto je běžný příklad toho, co mnozí lidé považují za „odstředivou sílu“. Tato „síla“ se mylně nazývá odstředivá síla, ale ve skutečnosti nic takového neexistuje!
Neexistuje nic jako odstředivé zrychlení
Objekty pohybující se v jednotném kruhovém pohybu zažívají síly, které udržují objekt v dokonalém kruhovém pohybu, což znamená, že součet sil je směrován dovnitř směrem ke středu. Jedna síla, jako je napětí v provázku, je příkladem dostředivé síly, ale i jiné síly mohou tuto roli vyplnit. Napětí v provázku má za následek dostředivou sílu, která způsobuje rovnoměrný kruhový pohyb. Pravděpodobně to je to, co chcete vypočítat.
Pojďme si nejprve projít to, co je dostředivé zrychlení a jak jej vypočítat a jak vypočítat dostředivé síly. Potom budeme schopni pochopit, proč neexistuje odstředivá síla.
Tipy
Neexistuje žádná odstředivá síla; kdyby tam byl, nebyl by kruhový pohyb. Můžete to snadno vidět, pokud vytvoříte diagram odstředivé síly, který zahrnuje také dostředivou sílu. Dostředivé síly způsobují kruhový pohyb a jsou směrovány do středu pohybu.
Rychlá rekapitulace
Abychom porozuměli dostředivé síle a zrychlení, může být užitečné si zapamatovat nějaký slovník. Nejprve je rychlost vektor, který popisuje rychlost a směr pohybu objektu. Dále, pokud se mění rychlost nebo jinými slovy rychlost nebo směr objektu se mění v závislosti na čase, má také zrychlení.
Zvláštním případem dvourozměrného pohybu je rovnoměrný kruhový pohyb, při kterém se objekt pohybuje konstantní úhlovou rychlostí kolem centrálního stacionárního bodu.
Všimněte si, že říkáme, že objekt má konstantuRychlost, ale nerychlost, protože objekt neustále mění směry. Objekt má tedy dvě složky zrychlení: tangenciální zrychlení, které je rovnoběžné se směrem pohybu objektu, a dostředivé zrychlení, které je kolmé.
Pokud je pohyb rovnoměrný, velikost tangenciálního zrychlení je nulová a dostředivé zrychlení má konstantní nenulovou velikost. Síla (nebo síly), které způsobují dostředivé zrychlení, je dostředivá síla, která také směřuje dovnitř směrem ke středu.
Tato síla, z řeckého smyslu „hledající střed“, je zodpovědná za rotaci objektu v jednotné kruhové dráze kolem středu.
Výpočet dostředivého zrychlení a sil
Dostředivé zrychlení objektu je dáno vztahem
a = \ frac {v ^ 2} {R}
kdeprotije rychlost objektu aRje poloměr, ve kterém se otáčí. Ukazuje se však, že množství
F = ma = \ frac {mv ^ 2} {R}
není ve skutečnosti síla, ale lze ji použít k tomu, aby vám pomohla spojit sílu nebo síly, které vedou k kruhovému pohybu, k dostředivému zrychlení.
Proč tedy neexistuje žádná odstředivá síla?
Předstírejme, že existovala něco jako odstředivá síla nebo síla, která je stejná a opačná k dostředivé síle. Pokud by tomu tak bylo, obě síly by se navzájem zrušily, což znamená, že by se objekt nepohyboval po kruhové dráze. Jakékoli další přítomné síly by mohly tlačit na předmět v nějakém jiném směru nebo v přímce, ale pokud by vždy existovala stejná a opačná odstředivá síla, nedocházelo by k žádnému kruhovému pohybu.
A co pocit, který pociťujete, když obcházíte zatáčku na silnici a v dalších příkladech odstředivé síly? Tato „síla“ je ve skutečnosti výsledkem setrvačnosti: vaše tělo se stále pohybuje v přímém směru a auto vlastně vás tlačí po zatáčce, takže máte pocit, jako bychom byli vtlačeni do auta v opačném směru křivka.
Co kalkulačka odstředivé síly opravdu dělá
Kalkulačka odstředivé síly v zásadě bere vzorec pro dostředivé zrychlení (který popisuje reálné jev) a obrací směr síly, aby popsal zdánlivou (ale nakonec fiktivní) odstředivou platnost. Ve většině případů to opravdu není třeba dělat, protože to nepopisuje realitu fyzické situace, pouze zdánlivou situaci v neinerciálním referenčním rámci (tj. z pohledu někoho uvnitř otáčejícího se vozu).
