ცენტრიპეტალი vs ცენტრიდანული ძალა: რა განსხვავებაა და რატომ არის ეს მნიშვნელოვანი

ცენტრიდანული ძალა და ცენტრიდანული ძალა არის ორი ტერმინი, რომელსაც ფიზიკის სტუდენტები ჩვეულებრივად აბნევს ან გაუგებრად ხვდება.

ტიპიური არასწორი წარმოდგენა არის ის, რომ ცენტრიდანული ძალა მიმართულია ობიექტის წრიული გზის ცენტრისკენ, ხოლო ცენტრიდანული ძალა მიმართულია გარედან, თითქოს ორივე მოქმედებს საწინააღმდეგო მიმართულებით. ამასთან, სინამდვილეში მხოლოდ ერთი მათგანია ა ნამდვილი ძალა!

ობიექტის წრიული მოძრაობის გამომწვევი ერთადერთი ძალაა ცენტრიდანული ძალა, რომელიც ყოველთვის მიმართულია წრიული ბილიკის ცენტრისკენ. თუ მანქანა მრგვალდება მოსახვევში, მაგალითად, ცენტრიდანული ძალა, რომელიც მას მოძრაობს მოსახვევში და არა სწორი ხაზით, მიმართულია წრის რადიუსის გასწვრივ, რომელსაც მანქანა ადგენს.

• ცენტრიდანული ძალა არის გამოგონილი ძალა, რაც ნიშნავს რომ ის არის არა რეალური ძალა. ცენტრისტული ძალა რეალურია.

Ცენტრიდანული ძალა, მეორეს მხრივ, არ არსებობს. ისევე, როგორც "უკან მომავლისკენ" ნაკადი კონდენსატორი, ეს ტერმინი გამოიგონეს იმისთვის, რომ აღწერილიყო რაღაც წარმოსახვითი, თუმცა დაფუძნებულიყო რეალურ დაკვირვებებზე დაყრდნობით. წრეზე გადაადგილების ეფექტს აქვს ობიექტის შეგრძნება, თითქოს ის გარედან "დაფრინავს" და იდეა

როდესაც მანქანა ძლიერად მარცხნივ მოხვევს, მგზავრებმა შეიძლება თავი "დააგდეს" მანქანის მარჯვნივ. ან ატრაქციონის მარყუჟის ქვედა ნაწილში, მხედრები შეიძლება გრძნობდნენ თავს თავიანთ სავარძლებში.

ეს გრძნობები შედეგია ინერცია; თუმცა, არა ძალა (თუმცა შეიძლება მოხსენიებული იქნას როგორც აშკარა ძალა). ინერცია აღწერს ობიექტის მიდრეკილებას, წინააღმდეგობა გაუწიოს მოძრაობის ცვლილებებს, როგორც ეს აღწერილია ნიუტონის პირველი კანონით, ინერციის კანონით.

როდესაც მანქანა მოულოდნელად მოტრიალდება, ან ატრაქციონი იძირება, ადამიანის სხეულები უკვე გარკვეული სიჩქარით მოძრაობენ კონკრეტული მიმართულებით. ინერციის კანონის თანახმად, ეს ორგანოები თავდაპირველად წინააღმდეგობა გაუწიოს იცვლება მათი სიჩქარე.

მგზავრები ჯერ კიდევ მოძრაობენ სივრცეში, როდესაც მანქანა იწყებს მარცხნივ მარცხნივ წასვლას - ვიდრე "მარჯვნივ გადააგდეს", მანქანა რეალურად არის მარცხენა მხრიდან შეეჯახა მათ, რადგან ის მოულოდნელად მოძრაობს. მას შემდეგ, რაც მათი სხეულები დაეწევიან და მარცხნივ მოძრაობასაც დაიწყებენ, დამტვერვის შეგრძნება მთავრდება.

ატრაქციონში ანალოგიურად, სხეულები ისევ ქვევით მოძრაობენ, როდესაც coaster იწყებს მაღლა აწევა მათზე. სანამ მათი სხეულები არ დაელოდებიან coaster- ის ახალ სიჩქარეს, ისინი გრძნობენ, რომ ურმების გარედან ეცემიან. მათი სხეულები კვლავ ეტლებისკენ მიემართებიან, რადგან ეტლები ახლაც სხეულებისკენ მიემართებიან.

ცენტრიდანული ძალა მხოლოდ რეცეპტის ნაწილია იმისთვის, რომ რაღაც გადაადგილდეს წრეში. სხვა ინგრედიენტია წრფივი სიჩქარე. ობიექტი უნდა მოძრაობდეს, როდესაც ცენტრიდანული ძალა მოქმედებს მისი მოძრაობის სწორი კუთხით, რათა მან წრიულად იმოძრაოს.

განვიხილოთ სტრიქონის ბოლოს ბურთი. იმისთვის, რომ ადამიანმა თავი დაატრიალა თავის გარშემო, პირველ რიგში, მას უნდა ჩააგდოს გარკვეული ჰორიზონტალური კომპონენტით (სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, არა უშუალოდ საკუთარ თავში ან დაშორებით). ადამიანი სტრინგს დაჭიმავს და ბურთი მათ გარშემო ტრიალს იწყებს, ვიდრე გარეთ გაფრინდება.

თოკზე ბურთი უნდა გაგრძელდეს ორი რამ, რომ არ მოხდეს ტრიალი: პირმა უნდა გააგრძელოს დაჭიმული თოკი (ჩახლართვით), და მათ უნდა გააგრძელონ მსუბუქი ჰორიზონტალური ნაკადი ბურთის წრფივი მოძრაობის შესანარჩუნებლად, რაც სხვაგვარად შეანელებს ჰაერთან ხახუნისგან. (თუმცა სივრცეში ადამიანს სურს მხოლოდ უნდა გაიყვანოს გასწავლილი თოკი, რადგან ბურთი ვაკუუმში ტრიალის დროს არ კარგავს თავის წრფივ სიჩქარეს.)

თუ ბურთი არ მოძრაობდა და პირმა თოკი დაჭიმული დააჭირა, ბურთი მხოლოდ ადამიანისკენ დაიძრა და არა წრისკენ. თუ ბურთი პირდაპირ ადამიანისგან მოძრაობდა და ისინი თოკზე იწევდნენ, ჯერ ბურთი შენელდებოდა, შემდეგ მიმართულებას შეცვლიდა და ისევ ადამიანისკენ იწევდა, ისევ არა წრე.

ამ შემთხვევებში აზრიც კი არ ექნება თოკის საშუალებით გადაცემულ ძალას ცენტრიდანულ ძალად. ეს უბრალოდ დაძაბულობის ძალაა ბურთზე.

Სიტყვა ცენტრიდანული ეს მხოლოდ საშუალებაა აღწეროს ნებისმიერი ძალა, რომელიც მოქმედებს ობიექტის ხაზოვანი სიჩქარის პერპენდიკულარულად. მრავალი სახის ობიექტს ან ურთიერთქმედებას შეუძლია უზრუნველყოს ცენტრიდანული ძალები.

მაგალითად, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, წრეში ტრიალი თოკი ცენტრიდანულ ძალას ანიჭებს მის ბოლოს მიბმულ ობიექტს. მოსახვევში მობრუნებული მანქანა განიცდის ცენტრიდანულ ძალას საბურავებისა და გზის ხახუნისგან. ორბიტაზე მყოფი სატელიტი განაგრძობს წრეში მოძრაობას გრავიტაციული ძალის გამო, რომელიც ცენტრიდანული ძალაა დედამიწის ცენტრისკენ.

თითოეულ ამ შემთხვევაში, თუ ცენტრიდანული ძალის წყარო მოულოდნელად მოიშორებოდა, თოკი, ხახუნი ან სიმძიმე, ობიექტი შეწყვეტდა მოძრაობას წრეში. უფრო კონკრეტულად, ის გაფრინდებოდა წრის ტანგენთან, რასაც წრფივი სიჩქარეც ჰქონდა.

რადგან ცენტრიდანული ძალა მიმართულია ობიექტის წრიული გზისა და ცენტრიდანული ძალის ცენტრისკენ არ არსებობს ამის საწინააღმდეგოდ, მრუდე ბილიკზე მოძრავი ობიექტი უნდა განიცდიან ა წმინდა ძალა წრის ცენტრისკენ.

ნიუტონის მეორე კანონიდან, F = ma, აქედან გამომდინარეობს, რომ წმინდა ძალა იწვევს აჩქარებას. მართლაც, წრეში მოძრავ ყველაფერს აქვს აჩქარება, მოხსენიებული, როგორც ცენტრიდანული აჩქარება, წრის ცენტრისკენ.

ეს შეიძლება საწინააღმდეგო ინტუიციური ჩანდეს, იმის გათვალისწინებით, რომ აჩქარება ნიშნავს სიჩქარის შეცვლას, მაგრამ უამრავი რამ მოძრაობს წრეში აშკარად მუდმივი სიჩქარით.

აქ ის დაგვეხმარება გავიხსენოთ, რომ სიჩქარე არის ვექტორი, სიდიდით და მიმართულებით, და ამ რომელიმე მათგანის შეცვლა იწვევს ახალ სიჩქარეს. როგორც ობიექტი წრეში მოძრაობს, მისი ხაზოვანი სიჩქარეც და ცენტრიდანული აჩქარებაც მუდმივად ცვლის მიმართულებას; ბილიკის ნებისმიერ წერტილში, თითოეული ვექტორის ისრები განსხვავებული გზით აღმოჩნდება, ვიდრე ბილიკის ნებისმიერ სხვა წერტილში.

ამიტომ ობიექტი განაგრძობს მოგზაურობას იგივე სიჩქარე მაგრამ მუდმივად ცვალებადი მიმართულებით. ფიზიკოსები ამას ასე აღწერენ ერთგვაროვანი წრიული მოძრაობა.

იმის გამო, რომ ცენტრიდანული ძალა ყოველთვის პერპენდიკულარულია ობიექტის წრფივი სიჩქარისა, იგი აღწერს ობიექტის წრიული გზის რადიუსს. ამიტომ, რაც უფრო მეტია ცენტრიდანული ძალა, მით უფრო მკაცრი იქნება "ჩახმახი" შიგნით, მით უფრო მჭიდრო ან პატარა წრე იქნება და რაც უფრო ფხვიერია ცენტრიდანული ძალა, მით უფრო დიდია წრიული გზა.

ამას შეიძლება ინტუიციურად ჰქონდეს აზრი: ბურთის დაჭერილ თოკზე დაჭერა ან მრუდის ა წებოვანი ზედაპირი უფრო მეტი ხახუნით, ვიდრე პრიალა, ყინულის მსგავსად, ორივე უფრო მცირე ზომის წრიულს მიიღებს შუამდგომლობები. უბრალოდ გახსოვდეთ, რომ ნებისმიერ სიტუაციაში წრიული მოძრაობის გამომწვევი ერთადერთი ძალაა შინაგანი, ცენტრიდანული ძალა. არცერთი ცენტრიდანული ძალა არასოდეს უბიძგებს ობიექტს "გარეთ" წრეში.