Je hebt waarschijnlijk wel eens meegemaakt dat je over de snelweg rijdt, wanneer de weg plotseling naar links buigt en het voelt alsof je naar rechts wordt geduwd, in de tegenovergestelde richting van de bocht. Dit is een veelvoorkomend voorbeeld van wat veel mensen beschouwen als een 'centrifugale kracht'. Deze "kracht" wordt ten onrechte de middelpuntvliedende kracht genoemd, maar in feite bestaat zoiets niet!
Er bestaat niet zoiets als centrifugale versnelling
Objecten die in een uniforme cirkelvormige beweging bewegen, ervaren krachten die het object in perfecte cirkelvormige beweging houden, wat betekent dat de som van de krachten naar binnen naar het midden is gericht. Een enkele kracht zoals spanning in een snaar is een voorbeeld van middelpuntzoekende kracht, maar andere krachten kunnen deze rol ook vervullen. De spanning in de snaar resulteert in een middelpuntzoekende kracht, die de eenparige cirkelvormige beweging veroorzaakt. Waarschijnlijk is dit wat u wilt berekenen.
Laten we eerst eens kijken wat centripetale versnelling is en hoe deze te berekenen, evenals hoe middelpuntzoekende krachten te berekenen. Dan zullen we kunnen begrijpen waarom er geen middelpuntvliedende kracht is.
Tips
Er is geen middelpuntvliedende kracht; als die er was, zou er geen cirkelvormige beweging zijn. Je kunt dit gemakkelijk zien als je een middelpuntvliedende krachtdiagram maakt waarin ook de middelpuntzoekende kracht is opgenomen. Centripetale krachten veroorzaken cirkelvormige beweging en zijn gericht naar het midden van de beweging.
Een korte samenvatting
Om de middelpuntzoekende kracht en versnelling te begrijpen, kan het nuttig zijn om wat woordenschat te onthouden. Ten eerste is snelheid een vector die de snelheid en bewegingsrichting van een object beschrijft. Als vervolgens de snelheid verandert, of met andere woorden de snelheid of de richting van het object verandert als functie van de tijd, heeft het ook een versnelling.
Een bijzonder geval van tweedimensionale beweging is een eenparige cirkelbeweging, waarbij een object met een constante hoeksnelheid rond een centraal, stationair punt beweegt.
Merk op dat we zeggen dat het object een constante heeftsnelheid, maar nietsnelheid, omdat het object continu van richting verandert. Daarom heeft het object twee componenten van versnelling: de tangentiële versnelling die evenwijdig is aan de bewegingsrichting van het object, en de centripetale versnelling die loodrecht staat.
Als de beweging uniform is, is de grootte van de tangentiële versnelling nul en heeft de centripetale versnelling een constante, niet nul. De kracht (of krachten) die de centripetale versnelling veroorzaken, is de centripetale kracht, die ook naar binnen wijst naar het centrum.
Deze kracht, van het Grieks die 'zoeken naar het centrum' betekent, is verantwoordelijk voor de rotatie van het object in een uniform cirkelvormig pad rond het centrum.
Centripetale versnelling en krachten berekenen
De middelpuntzoekende versnelling van een object wordt gegeven door
a=\frac{v^2}{R}
waarvis de snelheid van het object enRis de straal waarmee het roteert. Het blijkt echter dat de hoeveelheid
F=ma=\frac{mv^2}{R}
is niet echt een kracht, maar kan worden gebruikt om u te helpen de kracht of krachten die aanleiding geven tot de cirkelvormige beweging, te relateren aan de centripetale versnelling.
Dus waarom is er geen middelpuntvliedende kracht?
Laten we doen alsof er zoiets bestaat als een middelpuntvliedende kracht, of een kracht die gelijk en tegengesteld is aan de middelpuntvliedende kracht. Als dat het geval was, zouden de twee krachten elkaar opheffen, wat betekent dat het object niet in een cirkelvormige baan zou bewegen. Alle andere aanwezige krachten zouden het object in een andere richting of in een rechte lijn kunnen duwen, maar als er altijd een gelijke en tegengestelde middelpuntvliedende kracht zou zijn, zou er geen cirkelvormige beweging zijn.
Dus hoe zit het met het gevoel dat je voelt als je een bocht op de weg maakt en in andere voorbeelden van middelpuntvliedende kracht? Deze "kracht" is eigenlijk een gevolg van traagheid: je lichaam blijft in een rechte lijn bewegen, en de auto eigenlijk duwt je door de bocht, dus het voelt alsof we in de tegenovergestelde richting van de auto worden gedrukt kromme.
Wat een middelpuntvliedende krachtcalculator echt doet
Een centrifugaalkrachtcalculator neemt in feite de formule voor centripetale versnelling (die een reële fenomeen) en keert de richting van de kracht om, om de schijnbare (maar uiteindelijk fictieve) centrifugale dwingen. Het is in de meeste gevallen echt niet nodig om dit te doen, omdat het niet de realiteit van de fysieke situatie beschrijft, maar alleen de schijnbare situatie in een niet-inertiaal referentiekader (bijv. vanuit het perspectief van iemand in de draaiende auto).