Du har sandsynligvis oplevet at køre ned ad motorvejen, når vejen pludselig kurver til venstre, og det føles som om du bliver skubbet ud mod højre i den modsatte retning af kurven. Dette er et almindeligt eksempel på, hvad mange mennesker tænker på som og kalder en "centrifugalstyrke." Denne "kraft" kaldes fejlagtigt centrifugalkraften, men der er faktisk ikke sådan noget!
Der er ikke sådan noget som centrifugalacceleration
Objekter, der bevæger sig i en ensartet cirkulær bevægelse, oplever kræfter, som holder objektet i perfekt cirkulær bevægelse, hvilket betyder, at summen af kræfterne er rettet indad mod midten. En enkelt kraft som spænding i en streng er et eksempel på centripetal kraft, men andre kræfter kan også udfylde denne rolle. Spændingen i strengen resulterer i en centripetal kraft, der forårsager den ensartede cirkulære bevægelse. Det er sandsynligvis det, du vil beregne.
Lad os først gennemgå, hvad centripetal acceleration er, og hvordan man beregner det, samt hvordan man beregner centripetal kræfter. Derefter vil vi være i stand til at forstå, hvorfor der ikke er nogen centrifugalkraft.
Tips
Der er ingen centrifugalkraft; hvis der var, ville der ikke være nogen cirkulær bevægelse. Du kan let se dette, hvis du opretter et centrifugalkraftdiagram, der også inkluderer centripetalkraften. Centripetal kræfter forårsager cirkulær bevægelse og er rettet mod midten af bevægelsen.
En hurtig opsummering
For at forstå centripetal kraft og acceleration kan det være nyttigt at huske noget ordforråd. For det første er hastighed en vektor, der beskriver hastigheden og retningen for et objekt. Dernæst, hvis hastigheden ændrer sig, eller med andre ord hastigheden eller retningen af objektet ændrer sig som en funktion af tiden, har den også en acceleration.
Et særligt tilfælde af todimensionel bevægelse er ensartet cirkulær bevægelse, hvor et objekt bevæger sig med konstant vinkelhastighed omkring et centralt, stationært punkt.
Bemærk, at vi siger, at objektet har en konstantfart, men ikkehastighed, fordi objektet konstant ændrer retning. Derfor har objektet to komponenter af acceleration: den tangentielle acceleration, der er parallel med objektets bevægelsesretning, og den centripetale acceleration, som er vinkelret.
Hvis bevægelsen er ensartet, er størrelsen af den tangentielle acceleration nul, og den centripetale acceleration har en konstant størrelse, der ikke er nul. Kraften (eller kræfterne), der forårsager den centripetale acceleration, er den centripetale kraft, som også peger indad mod midten.
Denne kraft, fra græsk, der betyder "at søge centrum", er ansvarlig for rotation af objektet i en ensartet cirkulær sti omkring centrum.
Beregning af centripetal acceleration og kræfter
Et objekts centripetale acceleration er givet af
a = \ frac {v ^ 2} {R}
hvorver objektets hastighed ogRer den radius, hvormed den roterer. Det viser sig imidlertid, at mængden
F = ma = \ frac {mv ^ 2} {R}
er ikke rigtig en kraft, men kan bruges til at hjælpe dig med at relatere den eller de kræfter, der giver anledning til den cirkulære bevægelse, til den centripetale acceleration.
Så hvorfor er der ingen centrifugalkraft?
Lad os lade som om der var sådan noget som en centrifugalkraft eller en kraft, der er lige og modsat den centripetale kraft. Hvis det var tilfældet, ville de to kræfter annullere hinanden, hvilket betyder at objektet ikke ville bevæge sig i en cirkulær sti. Andre tilstedeværende kræfter kan skubbe objektet i en anden retning eller i en lige linje, men hvis der altid var en lige og modsat centrifugalkraft, ville der ikke være nogen cirkulær bevægelse.
Så hvad med den fornemmelse, du føler, når du går rundt på en kurve på vejen og i andre centrifugalkrafteksempler? Denne "kraft" er faktisk et resultat af inerti: din krop bevæger sig i en lige linje, og bilen faktisk skubber dig rundt om kurven, så det føles som om vi bliver presset ind i bilen i den modsatte retning af kurve.
Hvad en centrifugalkraftberegner virkelig gør
En centrifugalkraftberegner tager grundlæggende formlen for centripetal acceleration (som beskriver en reel fænomen) og vender kraftens retning for at beskrive den tilsyneladende (men i sidste ende fiktive) centrifugal kraft. Der er virkelig ikke behov for at gøre dette i de fleste tilfælde, fordi det ikke beskriver virkeligheden i den fysiske situation, kun den tilsyneladende situation i en ikke-inertiel referenceramme (i, f. Eks. fra en persons synsvinkel inde i den drejende bil).