Sie haben wahrscheinlich schon erlebt, dass Sie auf der Autobahn gefahren sind, wenn die Straße plötzlich eine Linkskurve macht und Sie das Gefühl haben, nach rechts, in die entgegengesetzte Richtung der Kurve, hinausgeschoben zu werden. Dies ist ein gängiges Beispiel dafür, was viele Leute als "Zentrifugalkraft" bezeichnen und nennen. Diese "Kraft" wird fälschlicherweise als Zentrifugalkraft bezeichnet, aber tatsächlich gibt es so etwas nicht!
Es gibt keine Zentrifugalbeschleunigung
Objekte, die sich in einer gleichmäßigen Kreisbewegung bewegen, erfahren Kräfte, die das Objekt in einer perfekten Kreisbewegung halten, was bedeutet, dass die Summe der Kräfte nach innen zum Zentrum gerichtet ist. Eine einzelne Kraft wie die Spannung in einer Saite ist ein Beispiel für die Zentripetalkraft, aber auch andere Kräfte können diese Rolle ausfüllen. Durch die Spannung in der Saite entsteht eine Zentripetalkraft, die die gleichmäßige Kreisbewegung bewirkt. Wahrscheinlich möchten Sie dies berechnen.
Lassen Sie uns zuerst durchgehen, was Zentripetalbeschleunigung ist und wie man sie berechnet, sowie wie man Zentripetalkräfte berechnet. Dann werden wir in der Lage sein zu verstehen, warum es keine Zentrifugalkraft gibt.
Tipps
Es gibt keine Zentrifugalkraft; wenn es so wäre, gäbe es keine kreisförmige Bewegung. Sie können dies leicht erkennen, wenn Sie ein Zentrifugalkraftdiagramm erstellen, das auch die Zentripetalkraft enthält. Zentripetalkräfte verursachen eine kreisförmige Bewegung und sind auf das Zentrum der Bewegung gerichtet.
Eine kurze Zusammenfassung
Um Zentripetalkraft und Beschleunigung zu verstehen, kann es hilfreich sein, sich einige Vokabeln zu merken. Erstens ist Geschwindigkeit ein Vektor, der die Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung eines Objekts beschreibt. Wenn sich als nächstes die Geschwindigkeit ändert, oder anders ausgedrückt, die Geschwindigkeit oder die Richtung des Objekts sich als Funktion der Zeit ändert, hat es auch eine Beschleunigung.
Ein Sonderfall der zweidimensionalen Bewegung ist die gleichförmige Kreisbewegung, bei der sich ein Objekt mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um einen zentralen, stationären Punkt bewegt.
Beachten Sie, dass wir sagen, dass das Objekt eine Konstante hatGeschwindigkeit, aber nichtGeschwindigkeit, weil das Objekt ständig die Richtung ändert. Daher hat das Objekt zwei Beschleunigungskomponenten: die Tangentialbeschleunigung, die parallel zur Bewegungsrichtung des Objekts verläuft, und die Zentripetalbeschleunigung, die senkrecht ist.
Wenn die Bewegung gleichförmig ist, ist der Betrag der Tangentialbeschleunigung null, und die Zentripetalbeschleunigung hat einen konstanten Betrag ungleich null. Die Kraft (oder Kräfte), die die Zentripetalbeschleunigung verursacht, ist die Zentripetalkraft, die ebenfalls nach innen zum Zentrum zeigt.
Diese Kraft, aus dem Griechischen „das Zentrum suchend“, ist für die Rotation des Objekts auf einer gleichmäßigen Kreisbahn um das Zentrum verantwortlich.
Berechnung der Zentripetalbeschleunigung und der Kräfte
Die Zentripetalbeschleunigung eines Objekts ist gegeben durch
a=\frac{v^2}{R}
wovist die Geschwindigkeit des Objekts undRist der Radius, mit dem es sich dreht. Es stellt sich jedoch heraus, dass die Menge
F=ma=\frac{mv^2}{R}
ist nicht wirklich eine Kraft, kann aber verwendet werden, um Ihnen zu helfen, die Kraft oder Kräfte, die die Kreisbewegung verursachen, mit der Zentripetalbeschleunigung in Beziehung zu setzen.
Warum gibt es keine Zentrifugalkraft?
Nehmen wir an, es gäbe so etwas wie eine Zentrifugalkraft oder eine Kraft, die der Zentripetalkraft gleich und entgegengesetzt ist. In diesem Fall würden sich die beiden Kräfte gegenseitig aufheben, das Objekt würde sich also nicht auf einer Kreisbahn bewegen. Alle anderen vorhandenen Kräfte könnten das Objekt in eine andere Richtung oder in eine gerade Linie drücken, aber wenn immer eine gleiche und entgegengesetzte Zentrifugalkraft vorhanden wäre, würde es keine Kreisbewegung geben.
Wie sieht es also mit dem Gefühl aus, wenn Sie auf der Straße um eine Kurve fahren und in anderen Fliehkraftbeispielen? Diese "Kraft" ist eigentlich ein Ergebnis der Trägheit: Ihr Körper bewegt sich in einer geraden Linie, und das Auto tatsächlich schiebt dich um die Kurve, so dass es sich anfühlt, als würden wir entgegen der Fahrtrichtung ins Auto gedrückt Kurve.
Was ein Zentrifugalkraftrechner wirklich leistet
Ein Fliehkraftrechner verwendet im Wesentlichen die Formel für die Zentripetalbeschleunigung (die eine reelle Phänomen) und kehrt die Richtung der Kraft um, um die scheinbare (aber letztlich fiktive) Zentrifugalkraft zu beschreiben Macht. Dies ist in den meisten Fällen wirklich nicht erforderlich, da es nicht die Realität der physikalischen Situation beschreibt, sondern nur die scheinbare Situation in einem nicht inertialen Bezugssystem (d. aus der Perspektive einer Person im abbiegenden Auto).