Kuinka laskea keskipakovoima

Olet todennäköisesti kokenut ajoa moottoritiellä, kun yhtäkkiä tie kaartuu vasemmalle ja tuntuu siltä, ​​että sinut työnnetään oikealle, kaarteen vastakkaiseen suuntaan. Tämä on yleinen esimerkki siitä, mistä monet ihmiset ajattelevat ja kutsuvat "keskipakoisvoimaa". Tätä "voimaa" kutsutaan virheellisesti keskipakoisvoimaksi, mutta itse asiassa sellaista ei ole!

Kohteet, jotka liikkuvat yhtenäisellä pyöreällä liikkeellä, kokevat voimat, jotka pitävät kohteen täydellisessä pyöreässä liikkeessä, eli voimien summa on suunnattu sisäänpäin kohti keskustaa. Yksittäinen voima, kuten merkkijonon jännitys, on esimerkki keskipitkän voimasta, mutta muutkin voimat voivat täyttää tämän roolin. Merkkijonon jännitys johtaa keskisuuntaiseen voimaan, joka aiheuttaa tasaisen pyöreän liikkeen. Todennäköisesti tämä on mitä haluat laskea.

Käydään ensin läpi, mikä on centripetaalikiihtyvyys ja miten se lasketaan, samoin kuin kuinka lasketaan centripetaaliset voimat. Sitten voimme ymmärtää, miksi ei ole keskipakovoimaa.

• Keskipakovoimaa ei ole; jos ei olisi, ei olisi pyöröliikettä. Näet tämän helposti, jos luot keskipakovoiman kaavion, joka sisältää myös keskipakovoiman. Keskisuuntaiset voimat aiheuttavat pyöreää liikettä ja suuntautuvat liikkeen keskelle.

Keskisuuntaisen voiman ja kiihtyvyyden ymmärtämiseksi voi olla hyödyllistä muistaa joitain sanastoja. Ensinnäkin nopeus on vektori, joka kuvaa kohteen liikenopeutta ja suuntaa. Seuraavaksi, jos nopeus muuttuu tai toisin sanoen kohteen nopeus tai suunta muuttuu ajan funktiona, sillä on myös kiihtyvyys.

Erityinen kaksiulotteisen liikkeen tapaus on tasainen pyöreä liike, jossa esine liikkuu tasaisella kulmanopeudella keskeisen, paikallaan olevan pisteen ympäri.

Huomaa, että sanomme, että esineellä on vakionopeus, mutta einopeus, koska kohde muuttaa jatkuvasti suuntaa. Siksi objektilla on kaksi kiihtyvyyden komponenttia: tangentiaalinen kiihtyvyys, joka on yhdensuuntainen kohteen liikesuunnan kanssa, ja keskiosainen kiihtyvyys, joka on kohtisuorassa.

Jos liike on tasainen, tangentiaalisen kiihtyvyyden suuruus on nolla ja keskisuuntaisen kiihtyvyyden vakio ei-nolla. Keskiosan kiihtyvyyden aiheuttava voima (tai voimat) on keskiosainen voima, joka osoittaa myös sisäänpäin kohti keskustaa.

Tämä voima, kreikkalaisesta merkityksestä "etsii keskusta", on vastuussa kohteen pyörimisestä yhtenäisellä pyöreällä polulla keskuksen ympärillä.

Esineen keskisuuntainen kiihtyvyys saadaan

missävon kohteen nopeus jaRon säde, jolla se pyörii. On kuitenkin käynyt ilmi, että määrä

ei todellakaan ole voima, mutta sitä voidaan käyttää auttamaan sinua yhdistämään voima tai voimat, jotka aiheuttavat pyöreän liikkeen, keskisuuntaiseen kiihtyvyyteen.

Oletetaan, että oli olemassa sellainen asia kuin keskipakovoima tai voima, joka on yhtä suuri ja vastakkainen keskipakovoimaan nähden. Jos näin olisi, nämä kaksi voimaa estäisivät toisensa, mikä tarkoittaa, että esine ei liiku pyöreällä polulla. Muut läsnä olevat voimat saattavat työntää kohdetta johonkin toiseen suuntaan tai suorassa linjassa, mutta jos aina olisi sama ja vastakkainen keskipakovoima, ei olisi pyöröliikettä.

Joten entä tunne, jonka tunnet kiertäessäsi kaarteita tiellä ja muissa keskipakovoiman esimerkeissä? Tämä "voima" on itse asiassa seurausta inertiasta: kehosi liikkuu jatkuvasti suorassa linjassa, ja auto todella työntää sinut käyrän ympäri, joten tuntuu siltä, ​​että painumme autoon vastakkaiseen suuntaan käyrä.

Keskipakovoiman laskin ottaa periaatteessa kaavan kiihtyvyydelle (joka kuvaa todellista ilmiö) ja kääntää voiman suunnan kuvaamaan näennäistä (mutta lopulta fiktiivistä) keskipakoa pakottaa. Tätä ei todellakaan tarvitse tehdä useimmissa tapauksissa, koska se ei kuvaa fyysisen tilanteen todellisuutta, vain näennäistä tilannetta ei-inertiaalisessa viitekehyksessä (i. kääntyvän auton sisällä olevan henkilön näkökulmasta).