Jūs tikriausiai patyrėte važiavimą greitkeliu, kai staiga kelias pasisuko kairėn ir atrodo, kad esi išstumtas dešinės link, priešinga kreivės kryptimi. Tai yra įprastas pavyzdys, apie ką daugelis žmonių galvoja ir vadina „išcentrine jėga“. Ši „jėga“ klaidingai vadinama išcentrine jėga, tačiau iš tikrųjų to nėra!
Nėra tokio dalyko kaip išcentrinis pagreitis
Objektai, judantys tolygiu sukamuoju judesiu, patiria jėgas, kurios palaiko objektą tobulais sukamaisiais judesiais, o tai reiškia, kad jėgų suma nukreipta į vidų link centro. Viena jėga, pavyzdžiui, įtempimas stygoje, yra centripetalinės jėgos pavyzdys, tačiau ir kitos jėgos gali atlikti šį vaidmenį. Dėl stygos įtempimo atsiranda centripetalinė jėga, kuri sukelia tolygų sukamą judesį. Tikėtina, kad tai yra tai, ką norite apskaičiuoti.
Pirmiausia apžvelkime, kas yra centripetalinis pagreitis ir kaip jį apskaičiuoti, taip pat kaip apskaičiuoti centripetalines jėgas. Tada galėsime suprasti, kodėl nėra išcentrinės jėgos.
Patarimai
Išcentrinės jėgos nėra; jei nebūtų, nebūtų sukamaisiais judesiais. Tai galite lengvai pamatyti, jei sukursite išcentrinės jėgos diagramą, į kurią taip pat įeis ir išcentrinė jėga. Išcentrinės jėgos sukelia sukamuosius judesius ir yra nukreiptos link judesio centro.
Greita santrauka
Norint suprasti centripetalinę jėgą ir pagreitį, gali būti naudinga prisiminti žodyną. Pirma, greitis yra vektorius, apibūdinantis objekto judėjimo greitį ir kryptį. Toliau, jei keičiasi greitis arba, kitaip tariant, objekto greitis ar kryptis keičiasi kaip laiko funkcija, jis taip pat turi pagreitį.
Konkretus dviejų matmenų judėjimo atvejis yra tolygus sukamasis judėjimas, kai objektas juda pastoviu kampiniu greičiu aplink centrinį, nejudantį tašką.
Atkreipkite dėmesį, mes sakome, kad objektas turi konstantagreičiu, bet negreitis, nes objektas nuolat keičia kryptis. Todėl objektas turi du pagreičio komponentus: tangentinį pagreitį, kuris yra lygiagretus objekto judėjimo krypčiai, ir išcentrinį pagreitį, kuris yra statmenas.
Jei judėjimas yra tolygus, tangentinio pagreičio dydis yra lygus nuliui, o centripetalinis pagreitis yra pastovus, ne nulinis dydis. Jėga (arba jėgos), sukelianti išcentrinį pagreitį, yra išcentrinė jėga, kuri taip pat nukreipta į vidų link centro.
Ši jėga iš graikų kalbos reiškia „ieškanti centro“ yra atsakinga už objekto sukimąsi vienodu apskritimo keliu aplink centrą.
Centripetalinio pagreičio ir jėgų skaičiavimas
Objekto išcentrinį pagreitį suteikia
a = \ frac {v ^ 2} {R}
kurvyra objekto greitis irRyra spindulys, kuriuo jis sukasi. Tačiau paaiškėja, kad kiekis
F = ma = \ frac {mv ^ 2} {R}
iš tikrųjų nėra jėga, bet gali būti naudojama siekiant padėti susieti jėgą ar jėgas, sukeliančias sukamą judesį, su centripetaliniu pagreičiu.
Taigi kodėl nėra išcentrinės jėgos?
Apsimeskime, kad egzistavo tokia išcentrinė jėga arba jėga, kuri yra lygi ir priešinga išcentrinei jėgai. Jei taip būtų, abi jėgos viena kitą panaikintų, o tai reikštų, kad objektas nejudės žiediniu keliu. Bet kurios kitos jėgos, esančios, gali stumti objektą kita kryptimi arba tiesia linija, tačiau jei visada būtų vienoda ir priešinga išcentrinė jėga, nebūtų sukamaisiais judesiais.
Taigi, kaip jausmas, kurį jaučiate apvažiavęs vingį kelyje ir kituose išcentrinės jėgos pavyzdžiuose? Ši „jėga“ iš tikrųjų yra inercijos rezultatas: jūs, kūnas, judate tiesiai, o automobilis iš tikrųjų stumia tave aplink kreivę, todėl atrodo, kad mes spaudžiamės į automobilį priešinga automobilio kryptimi kreivė.
Ką iš tikrųjų daro išcentrinės jėgos skaičiuoklė
Išcentrinės jėgos skaičiuoklė iš esmės ima išcentrinio pagreičio formulę (kuri apibūdina realųjį reiškinys) ir keičia jėgos kryptį, kad apibūdintų tariamą (bet galiausiai fiktyvų) išcentrinį jėga. Daugeliu atvejų to daryti tikrai nereikia, nes tai neapibūdina fizinės situacijos tikrovės, tik akivaizdi situacija neinerciniame atskaitos sistemoje (t. žiūrint iš posūkio automobilio viduje esančio žmogaus perspektyvos).