Probabilmente hai sperimentato la guida lungo l'autostrada, quando improvvisamente la strada curva a sinistra e ti sembra di essere spinto verso destra, nella direzione opposta della curva. Questo è un esempio comune di ciò che molte persone considerano e chiamano "forza centrifuga". Questa "forza" è erroneamente chiamata forza centrifuga, ma in realtà non esiste una cosa del genere!
Non esiste una cosa come l'accelerazione centrifuga
Gli oggetti che si muovono in un movimento circolare uniforme sperimentano forze che mantengono l'oggetto in perfetto movimento circolare, il che significa che la somma delle forze è diretta verso l'interno verso il centro. Una singola forza come la tensione in una corda è un esempio di forza centripeta, ma anche altre forze possono ricoprire questo ruolo. La tensione nella corda risulta in una forza centripeta, che provoca il moto circolare uniforme. Probabilmente, questo è ciò che vuoi calcolare.
Vediamo prima cos'è l'accelerazione centripeta e come calcolarla, oltre a come calcolare le forze centripete. Quindi, saremo in grado di capire perché non c'è forza centrifuga.
Suggerimenti
Non c'è forza centrifuga; se ci fosse non ci sarebbe movimento circolare. Puoi vederlo facilmente se crei un diagramma della forza centrifuga che includa anche la forza centripeta. Le forze centripete causano il movimento circolare e sono dirette verso il centro del movimento.
Un rapido riassunto
Per comprendere la forza centripeta e l'accelerazione, può essere utile ricordare alcuni vocaboli. Innanzitutto, la velocità è un vettore che descrive la velocità e la direzione del movimento di un oggetto. Quindi, se la velocità cambia, o in altre parole la velocità o la direzione dell'oggetto cambia in funzione del tempo, ha anche un'accelerazione.
Un caso particolare di moto bidimensionale è il moto circolare uniforme, in cui un oggetto si muove con velocità angolare costante attorno a un punto centrale stazionario.
Si noti che diciamo che l'oggetto ha una costantevelocità, ma novelocità, perché l'oggetto cambia continuamente direzione. Pertanto, l'oggetto ha due componenti di accelerazione: l'accelerazione tangenziale che è parallela alla direzione del movimento dell'oggetto e l'accelerazione centripeta che è perpendicolare.
Se il moto è uniforme, il modulo dell'accelerazione tangenziale è zero e l'accelerazione centripeta ha un modulo costante, diverso da zero. La forza (o le forze) che causano l'accelerazione centripeta è la forza centripeta, che punta anche verso l'interno verso il centro.
Questa forza, dal greco che significa "cercare il centro", è responsabile della rotazione dell'oggetto in un percorso circolare uniforme attorno al centro.
Calcolo dell'accelerazione centripeta e delle forze
L'accelerazione centripeta di un oggetto è data da
a=\frac{v^2}{R}
dovevè la velocità dell'oggetto eRè il raggio di rotazione. Tuttavia, risulta che la quantità
F=ma=\frac{mv^2}{R}
non è propriamente una forza, ma può essere usata per aiutarti a mettere in relazione la forza o le forze che danno origine al moto circolare, all'accelerazione centripeta.
Allora perché non c'è forza centrifuga?
Facciamo finta che ci fosse una cosa come una forza centrifuga, o una forza uguale e contraria alla forza centripeta. Se così fosse, le due forze si annullerebbero a vicenda, il che significa che l'oggetto non si muoverebbe lungo un percorso circolare. Qualsiasi altra forza presente potrebbe spingere l'oggetto in qualche altra direzione o in linea retta, ma se ci fosse sempre una forza centrifuga uguale e contraria, non ci sarebbe movimento circolare.
Quindi che dire della sensazione che provi quando percorri una curva sulla strada e in altri esempi di forza centrifuga? Questa "forza" è in realtà il risultato dell'inerzia: il tuo corpo continua a muoversi in linea retta e l'auto in realtà ti spinge intorno alla curva, quindi sembra che veniamo schiacciati contro l'auto nella direzione opposta del curva.
Cosa fa davvero un calcolatore di forza centrifuga
Un calcolatore di forza centrifuga prende fondamentalmente la formula per l'accelerazione centripeta (che descrive un reale fenomeno) e inverte la direzione della forza, per descrivere l'apparente (ma in definitiva fittizia) centrifuga vigore. Non c'è davvero bisogno di farlo nella maggior parte dei casi, perché non descrive la realtà della situazione fisica, solo la situazione apparente in un sistema di riferimento non inerziale (i, es. dal punto di vista di qualcuno all'interno dell'auto in svolta).