구심력 대 원심력: 차이점 및 중요한 이유

구심력과 원심력은 물리학 학생들이 일반적으로 혼동하거나 오해하는 두 가지 용어입니다.

전형적인 오해는 구심력은 물체의 원형 경로의 중심을 향하고 원심력은 마치 두 방향이 반대 방향으로 작용하는 것처럼 바깥쪽으로 향한다는 것입니다. 그러나 이들 중 하나만 실제로 레알 힘!

물체의 원형 운동을 일으키는 유일한 힘은 구심력, 항상 원형 경로의 중심을 향합니다. 예를 들어, 자동차가 구부러진 부분을 둥글게하는 경우 직선이 아닌 곡선으로 움직이는 구심력은 자동차가 추적하는 원의 반경을 따라 향합니다.

• 원심력은 가상의 힘입니다. 진짜 힘이 아닙니다. 구심력 진짜입니다.

원심력, 반면에 존재하지 않는다. "백 투 더 퓨처 (Back to the Future)"플럭스 커패시터처럼이 용어는 비록 실제 관찰을 기반으로하지만 가상의 것을 설명하기 위해 발명되었습니다. 원을 그리며 움직이는 효과는 물체가 바깥쪽으로 "날아가는"것처럼 느끼게 만드는 경향이 있습니다. 내 향력 그러한 경험을 일으키는 것은 처음에는 어리둥절 해 보일 수 있습니다.

차가 강하게 좌회전하면 승객은 차의 오른쪽으로 "던져진"느낌을받을 수 있습니다. 또는 롤러 코스터의 루프 하단에서 라이더는 좌석으로 밀려 드는 느낌을받을 수 있습니다.

이러한 감정은 관성; 하나, 아니 힘 (하지만 겉보기 힘). 관성은 뉴턴의 제 1 법칙, 관성 법칙에 설명 된 것처럼 물체가 움직임의 변화에 ​​저항하는 경향을 나타냅니다.

차가 갑자기 회전하거나 롤러 코스터가 급락 할 때 내부의 인체는 이미 특정 방향으로 어느 정도 속도로 움직이고 있습니다. 관성의 법칙에 따르면, 이 몸은 처음에 견디다 속도를 변경합니다.

승객은 차가 갑자기 왼쪽으로 이동하기 시작할 때 여전히 우주에서 앞으로 나아가고 있습니다. 따라서 차는 "오른쪽으로 던져"지는 대신 실제로 갑자기 움직이면서 왼쪽에서 충돌합니다. 그들의 몸이 따라 잡고 왼쪽으로도 움직이기 시작하면 충돌하는 감각이 끝납니다.

마찬가지로 롤러 코스터에서 몸체는 코스터가 위로 밀기 시작할 때 여전히 아래쪽으로 이동합니다. 그들의 몸이 코스터의 새로운 속도를 따라 잡을 때까지 그들은 수레 바깥쪽에 던져지는 느낌을받습니다. 수레가 이제 몸쪽으로 이동함에 따라 그들의 몸은 여전히 ​​수레쪽으로 움직이고 있습니다.

구심력은 무언가를 원으로 움직이게 만드는 방법의 일부일뿐입니다. 다른 성분은 선형 속도. 물체가 원으로 움직이기 위해서는 구심력이 움직임에 직각으로 작용할 때 물체가 움직여야합니다.

줄 끝에있는 공을 생각해보십시오. 사람이 머리 주위를 회전 시키려면 먼저 수평 구성 요소를 사용하여 던져야합니다 (즉, 자신에게 직접 들어가거나 멀어지지 않음). 사람이 줄을 팽팽하게 당기면 공이 날아가는 것이 아니라 그 줄을 돌기 시작합니다.

로프 위의 공이 계속 회전하려면 두 가지 일이 계속 발생해야합니다. 사람은 로프를 계속 팽팽하게 당겨야합니다. 과 공의 직선 운동을 유지하기 위해 약간의 수평 넛지를 계속 추가해야합니다. 그렇지 않으면 공기와의 마찰로 인해 속도가 느려집니다. (그러나 우주에서는 사람이 뿐 공이 진공 상태에서 회전하는 동안 선형 속도를 잃지 않기 때문에 배운 로프를 당겨야합니다.)

공이 움직이지 않고 사람이 로프를 팽팽하게 당기면 공은 원이 아닌 사람을 향해 안쪽으로 이동합니다. 공이 사람에게서 직접 튀어 나와 로프를 당겼다면 먼저 공이 속도를 늦춘 다음 방향을 바꾸고 다시 원이 아닌 사람을 향해 다시 이동합니다.

이 경우 로프를 통해 전달되는 힘을 구심력이라고 부르는 것도 이치에 맞지 않습니다. 그것은 단순히 공에 가해지는 장력의 힘입니다.

단어 구심 물체의 선형 속도에 수직으로 작용하는 힘을 설명하는 방법 일뿐입니다. 많은 유형의 물체 또는 상호 작용이 구심력을 제공 할 수 있습니다.

예를 들어, 이미 언급했듯이 원을 그리며 회전하는 로프는 그 끝에 묶인 물체에 구심력을 제공합니다. 굽은 곳을 도는 자동차는 타이어와 도로 사이의 마찰로 인해 구심력을 경험합니다. 궤도에있는 위성은 지구 중심을 향해 구심력을 제공하는 중력으로 인해 원을 그리며 계속 움직입니다.

이러한 각 경우에서 구심력의 근원이 갑자기 제거되면 로프, 마찰 또는 중력이 물체의 원을 그리며 움직이지 않게됩니다. 더 구체적으로 말하면, 그것은 어떤 선형 속도를 가졌 든 그 원에 접하는 방향으로 날아갈 것입니다.

구심력은 물체의 원형 경로와 원심력의 중심을 향하기 때문에 그것에 대응하기 위해 존재하지 않는다, 곡선 경로를 따라 움직이는 물체는 순 힘 원의 중심으로.

뉴턴의 제 2 법칙에서 F = ma, 순 힘은 가속을 유발합니다. 사실, 원을 그리며 움직이는 모든 것은 가속도를 가지고 있습니다. 구심 가속도, 원의 중심으로.

가속도는 속도의 변화를 의미하지만 많은 것들이 겉보기에 일정한 속도로 원을 그리며 움직인다는 점을 감안하면 반 직관적으로 보일 수 있습니다.

여기서 속도는 크기와 방향이 모두있는 벡터라는 것을 상기하는 데 도움이되며, 둘 중 하나를 변경하면 새로운 속도가 생성됩니다. 물체가 원을 그리며 움직일 때 선형 속도와 구심 가속도는 계속해서 방향을 바꿉니다. 경로를 따라 어느 지점에서나 각 벡터의 화살표는 경로를 따라 다른 지점에서와 다른 방향을 향합니다.

따라서 물체는 계속해서 같은 속도 그러나 끊임없이 변화하는 방향으로. 물리학 자들은 이것을 다음과 같이 설명합니다. 균일 한 원 운동.

구심력은 항상 물체의 선형 속도에 수직이기 때문에 물체의 원형 경로 반경을 나타냅니다. 따라서 구심력이 클수록 안쪽으로 "예인선"이 더 단단 해지고 원이 더 단단하거나 더 작아지고 구심력이 느슨할수록 원형 경로가 더 커집니다.

이것은 직관적으로 의미가있을 수 있습니다. 공을 잡고있는 로프를 당기거나 얼음과 같은 매끄러운 표면보다 마찰이 많은 끈적한 표면은 둘 다 더 작은 원형을 만듭니다. 변. 어떤 상황에서든 원 운동을 일으키는 유일한 힘은 안쪽, 구심력. 어떤 원심력도 물체를 원형으로 "밖으로"밀어내는 일이 없습니다.