Tõenäoliselt olete kogenud kiirteed mööda sõitmist, kui järsku kõverdub tee vasakule ja on tunne, et teid lükatakse kurvi vastassuunas paremale poole. See on levinud näide sellest, mida paljud inimesed mõtlevad ja nimetavad "tsentrifugaaljõuks". Seda "jõudu" nimetatakse ekslikult tsentrifugaaljõuks, kuid tegelikult pole midagi sellist!
Pole olemas sellist asja nagu tsentrifugaalkiirendus
Ühtlase ringliikumisega liikuvad objektid kogevad jõude, mis hoiavad objekti ideaalses ümmarguses liikumises, mis tähendab, et jõudude summa on suunatud sissepoole keskme suunas. Üksik jõud, näiteks stringi pinge, on näide tsentripetaalsest jõust, kuid ka teised jõud võivad seda rolli täita. Nööri pinge annab tsentripetaaljõu, mis põhjustab ühtlase ümmarguse liikumise. Tõenäoliselt soovite seda arvutada.
Vaatame kõigepealt läbi, mis on tsentripetaalne kiirendus ja kuidas seda arvutada, samuti kuidas arvutada tsentripetaaljõude. Siis saame aru, miks puudub tsentrifugaaljõud.
Näpunäited
Tsentrifugaaljõudu pole; kui seda ei oleks, ei oleks ringliikumist. Seda näete hõlpsalt, kui loote tsentrifugaaljõu skeemi, mis sisaldab ka tsentripetaalset jõudu. Tsentraalsed jõud põhjustavad ringliikumist ja on suunatud liikumise keskpunkti.
Kiire kokkuvõte
Tsentripetaalse jõu ja kiirenduse mõistmiseks võib olla kasulik meelde jätta mõni sõnavara. Esiteks on kiirus vektor, mis kirjeldab objekti liikumiskiirust ja suunda. Järgmiseks, kui kiirus muutub või teisisõnu objekti kiirus või suund muutub aja funktsioonina, on sellel ka kiirendus.
Kahemõõtmelise liikumise konkreetne juhtum on ühtlane ümmargune liikumine, kus objekt liigub püsiva nurkkiirusega ümber keskse, statsionaarse punkti.
Pange tähele, et me ütleme, et objektil on konstantkiirus, kuid mittekiirus, sest objekt muudab pidevalt suundi. Seetõttu on objektil kaks kiirenduskomponenti: tangentsiaalne kiirendus, mis on paralleelne objekti liikumissuunaga, ja tsentripetaalne kiirendus, mis on risti.
Kui liikumine on ühtlane, on tangentsiaalse kiirenduse suurus null ja tsentripetaalsel kiirendusel on pidev nullist erinev suurus. Tsentripetaalset kiirendust põhjustav jõud (või jõud) on tsentripetaaljõud, mis osutab ka keskosa suunas sissepoole.
See jõud, alates kreeka keelest, mis tähendab "keskuse otsimist", vastutab objekti pööramise eest ühtlasel ringikujulisel ringil keskme ümber.
Tsentripetaalse kiirenduse ja jõudude arvutamine
Objekti tsentripetaalne kiirendus on antud
a = \ frac {v ^ 2} {R}
kusvon objekti kiirus jaRon raadius, mille juures see pöörleb. Selgub aga, et kogus
F = ma = \ frac {mv ^ 2} {R}
ei ole tegelikult jõud, kuid seda saab kasutada selleks, et seostada ringliikumist põhjustav jõud või jõud tsentripetaalse kiirendusega.
Miks siis tsentrifugaaljõudu pole?
Teeskleme, et oli olemas selline asi nagu tsentrifugaaljõud või jõud, mis on võrdne ja vastupidine tsentrifugaaljõule. Kui see nii oleks, tühistaksid kaks jõudu teineteist, mis tähendab, et objekt ei liiguks ringikujuliselt. Kõik muud kohal olevad jõud võivad objekti lükata mõnes muus suunas või sirgjooneliselt, kuid kui alati oleks võrdne ja vastupidine tsentrifugaaljõud, poleks ringliikumist.
Mis saab siis aistingust, mida tunnete, kui teete kurvis ringi ja muud tsentrifugaaljõudude näited? See "jõud" on tegelikult inertsi tulemus: teie keha liigub pidevalt sirgjooneliselt ja auto tegelikult lükkab teid ümber kurvi, nii et on tunne, et meid surutakse autosse vastassuunas kõver.
Mida tsentrifugaaljõu kalkulaator tegelikult teeb
Tsentrifugaaljõu kalkulaator võtab põhimõtteliselt tsentripetaalse kiirenduse valemi (mis kirjeldab reaalset nähtus) ja muudab jõu suuna, et kirjeldada näilist (kuid lõppkokkuvõttes fiktiivset) tsentrifugaalset jõud. Enamikul juhtudel pole seda tegelikult vaja teha, sest see ei kirjelda füüsilise olukorra tegelikkust, vaid näilist olukorda mitteinertsiaalses võrdlusraamis (i, e. pöörava auto sees oleva inimese vaatenurgast).
