Πιθανότατα έχετε βιώσει την οδήγηση στον αυτοκινητόδρομο, όταν ξαφνικά ο δρόμος στρίβει αριστερά και αισθάνεται σαν να ωθείτε προς τα δεξιά, στην αντίθετη κατεύθυνση της καμπύλης. Αυτό είναι ένα κοινό παράδειγμα αυτού που πολλοί άνθρωποι θεωρούν και αποκαλούν «φυγοκεντρική δύναμη». Αυτή η «δύναμη» καλείται λανθασμένα η φυγοκεντρική δύναμη, αλλά στην πραγματικότητα δεν υπάρχει κάτι τέτοιο!
Δεν υπάρχει τέτοιο πράγμα όπως η φυγοκεντρική επιτάχυνση
Τα αντικείμενα που κινούνται με ομοιόμορφη κυκλική κίνηση βιώνουν δυνάμεις που διατηρούν το αντικείμενο σε τέλεια κυκλική κίνηση, που σημαίνει ότι το άθροισμα των δυνάμεων κατευθύνεται προς τα μέσα προς το κέντρο. Μια μεμονωμένη δύναμη όπως η ένταση σε μια χορδή είναι ένα παράδειγμα κεντρομόλης δύναμης, αλλά και άλλες δυνάμεις μπορούν να γεμίσουν αυτόν τον ρόλο επίσης. Η ένταση στο κορδόνι οδηγεί σε κεντρομόλο δύναμη, η οποία προκαλεί την ομοιόμορφη κυκλική κίνηση. Πιθανώς, αυτό είναι που θέλετε να υπολογίσετε.
Ας δούμε πρώτα ποια είναι η κεντρομετρική επιτάχυνση και πώς να την υπολογίσουμε, καθώς και πώς να υπολογίζουμε τις κεντρομόλες δυνάμεις. Τότε, θα μπορέσουμε να καταλάβουμε γιατί δεν υπάρχει φυγοκεντρική δύναμη.
Συμβουλές
Δεν υπάρχει φυγοκεντρική δύναμη. αν δεν υπήρχε κυκλική κίνηση. Μπορείτε να το δείτε εύκολα αν δημιουργήσετε ένα διάγραμμα φυγοκεντρικής δύναμης που περιλαμβάνει επίσης την κεντρομόλο δύναμη. Οι κεντρικές δυνάμεις προκαλούν κυκλική κίνηση και κατευθύνονται προς το κέντρο της κίνησης.
Μια γρήγορη ανακεφαλαίωση
Για την κατανόηση της κεντρομόλης δύναμης και της επιτάχυνσης, μπορεί να είναι χρήσιμο να θυμάστε κάποιο λεξιλόγιο. Πρώτον, η ταχύτητα είναι ένα διάνυσμα που περιγράφει την ταχύτητα και την κατεύθυνση της κίνησης ενός αντικειμένου. Στη συνέχεια, εάν η ταχύτητα αλλάζει, ή με άλλα λόγια η ταχύτητα ή η κατεύθυνση του αντικειμένου αλλάζει ως συνάρτηση του χρόνου, έχει επίσης επιτάχυνση.
Μία συγκεκριμένη περίπτωση δισδιάστατης κίνησης είναι η ομοιόμορφη κυκλική κίνηση, στην οποία ένα αντικείμενο κινείται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω από ένα κεντρικό, στάσιμο σημείο.
Παρατηρήστε ότι το αντικείμενο έχει μια σταθεράΤαχύτητα, αλλά όχιταχύτητα, επειδή το αντικείμενο αλλάζει συνεχώς κατευθύνσεις. Επομένως, το αντικείμενο έχει δύο συνιστώσες επιτάχυνσης: την εφαπτομενική επιτάχυνση που είναι παράλληλη με την κατεύθυνση κίνησης του αντικειμένου και την κεντρομόλια επιτάχυνση που είναι κάθετη.
Εάν η κίνηση είναι ομοιόμορφη, το μέγεθος της εφαπτομενικής επιτάχυνσης είναι μηδέν και η κεντρομόλος επιτάχυνση έχει σταθερό, μη μηδενικό μέγεθος. Η δύναμη (ή δυνάμεις) που προκαλούν την κεντρομόλο επιτάχυνση είναι η κεντρομόλος δύναμη, η οποία δείχνει επίσης προς τα μέσα προς το κέντρο.
Αυτή η δύναμη, από την ελληνική έννοια «αναζήτηση του κέντρου», είναι υπεύθυνη για την περιστροφή του αντικειμένου σε μια ομοιόμορφη κυκλική διαδρομή γύρω από το κέντρο.
Υπολογισμός κεντρομόλης επιτάχυνσης και δυνάμεων
Η κεντρομόλος επιτάχυνση ενός αντικειμένου δίνεται από
α = \ frac {v ^ 2} {R}
όπουβείναι η ταχύτητα του αντικειμένου καιΡείναι η ακτίνα στην οποία περιστρέφεται. Ωστόσο, αποδεικνύεται ότι η ποσότητα
F = ma = \ frac {mv ^ 2} {R}
δεν είναι πραγματικά μια δύναμη, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να σας βοηθήσει να συσχετίσετε τη δύναμη ή τις δυνάμεις που δημιουργούν την κυκλική κίνηση, με την κεντρομόλια επιτάχυνση.
Γιατί λοιπόν δεν υπάρχει φυγοκεντρική δύναμη;
Ας προσποιηθούμε ότι υπήρχε μια φυγοκεντρική δύναμη, ή μια δύναμη που είναι ίση και αντίθετη από την κεντρομόλη δύναμη. Εάν συνέβαινε αυτό, οι δύο δυνάμεις θα ακυρώνονταν η μία την άλλη, πράγμα που σημαίνει ότι το αντικείμενο δεν θα κινηθεί σε κυκλική διαδρομή. Οποιεσδήποτε άλλες δυνάμεις που υπάρχουν μπορεί να ωθήσουν το αντικείμενο σε άλλη κατεύθυνση ή σε ευθεία γραμμή, αλλά αν υπήρχε πάντα μια ίση και αντίθετη φυγοκεντρική δύναμη, δεν θα υπήρχε κυκλική κίνηση.
Τι γίνεται λοιπόν με την αίσθηση που νιώθεις όταν περνάς σε μια καμπύλη στο δρόμο και σε άλλα παραδείγματα φυγοκεντρικής δύναμης; Αυτή η «δύναμη» είναι στην πραγματικότητα αποτέλεσμα αδράνειας: το σώμα σας συνεχίζει να κινείται σε ευθεία γραμμή και το αυτοκίνητο στην πραγματικότητα σας σπρώχνει γύρω από την καμπύλη, οπότε αισθάνεται σαν να πιέζουμε το αυτοκίνητο στην αντίθετη κατεύθυνση του καμπύλη.
Τι κάνει πραγματικά ένας υπολογιστής φυγοκεντρικής δύναμης
Ένας υπολογιστής φυγοκεντρικής δύναμης βασικά παίρνει τον τύπο για κεντρομόλο επιτάχυνση (που περιγράφει ένα πραγματικό φαινόμενο) και αντιστρέφει την κατεύθυνση της δύναμης, για να περιγράψει την φαινομενική (αλλά τελικά φανταστική) φυγοκεντρική δύναμη. Πραγματικά δεν χρειάζεται να το κάνουμε αυτό στις περισσότερες περιπτώσεις, επειδή δεν περιγράφει την πραγματικότητα της φυσικής κατάστασης, αλλά μόνο την φαινομενική κατάσταση σε ένα μη αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς (i, e. από την οπτική γωνία κάποιου μέσα στο περιστρεφόμενο αυτοκίνητο).