Du har sannsynligvis opplevd å kjøre nedover motorveien, når veien plutselig buer til venstre og det føles som om du blir dyttet ut mot høyre, i motsatt retning av kurven. Dette er et vanlig eksempel på hva mange tenker på som og kaller en "sentrifugalkraft." Denne "styrken" blir feilaktig kalt sentrifugalkraften, men faktisk er det ikke noe slikt!
Det er ikke noe som sentrifugalakselerasjon
Objekter som beveger seg i en jevn sirkelbevegelse, opplever krefter som holder objektet i perfekt sirkelbevegelse, noe som betyr at summen av kreftene er rettet innover mot sentrum. En enkelt kraft som spenning i en streng er et eksempel på sentripetal kraft, men andre krefter kan også fylle denne rollen. Spenningen i strengen resulterer i en sentripetal kraft, som forårsaker den ensartede sirkelbevegelsen. Sannsynligvis er dette det du vil beregne.
La oss først gå gjennom hva sentripetal akselerasjon er og hvordan vi skal beregne det, samt hvordan vi beregner sentripetale krefter. Da vil vi kunne forstå hvorfor det ikke er noen sentrifugalkraft.
Tips
Det er ingen sentrifugalkraft; hvis det var, ville det ikke være noen sirkulær bevegelse. Dette kan du enkelt se hvis du lager et sentrifugalkraftdiagram som også inkluderer sentripetalkraften. Sentripetale krefter forårsaker sirkulær bevegelse, og er rettet mot sentrum av bevegelsen.
Et raskt sammendrag
For å forstå sentripetal kraft og akselerasjon, kan det være nyttig å huske noe ordforråd. For det første er hastighet en vektor som beskriver bevegelseshastigheten og retningen for et objekt. Deretter, hvis hastigheten endres, eller med andre ord hastigheten eller retningen til objektet endres som en funksjon av tiden, har den også en akselerasjon.
Et spesielt tilfelle av todimensjonal bevegelse er ensartet sirkelbevegelse, der et objekt beveger seg med konstant vinkelhastighet rundt et sentralt, stasjonært punkt.
Legg merke til at vi sier at objektet har en konstanthastighet, men ikkehastighet, fordi objektet kontinuerlig endrer retning. Derfor har objektet to komponenter av akselerasjon: den tangentielle akselerasjonen som er parallell med objektets bevegelsesretning, og den sentripetale akselerasjonen som er vinkelrett.
Hvis bevegelsen er jevn, er størrelsen på den tangentielle akselerasjonen null, og den sentripetale akselerasjonen har en konstant størrelse, ikke null. Kraften (eller kreftene) som forårsaker sentripetal akselerasjon er sentripetal kraft, som også peker innover mot sentrum.
Denne kraften, fra gresk betydning som "søker sentrum", er ansvarlig for rotasjonen av objektet i en jevn sirkelbane rundt sentrum.
Beregning av sentripetal akselerasjon og krefter
Den sentripetale akselerasjonen til et objekt er gitt av
a = \ frac {v ^ 2} {R}
hvorver objektets hastighet ogRer radiusen der den roterer. Det viser seg imidlertid at mengden
F = ma = \ frac {mv ^ 2} {R}
er egentlig ikke en kraft, men kan brukes til å hjelpe deg å relatere kraften eller kreftene som gir opphav til sirkelbevegelsen, til sentripetal akselerasjon.
Så hvorfor er det ingen sentrifugalkraft?
La oss late som det var noe som en sentrifugalkraft, eller en kraft som er lik og motsatt av sentripetalkraften. Hvis det var tilfelle, ville de to kreftene avbryte hverandre, noe som betyr at objektet ikke vil bevege seg i en sirkulær bane. Eventuelle andre krefter som er tilstede kan skyve objektet i en annen retning eller i en rett linje, men hvis det alltid var en lik og motsatt sentrifugalkraft, ville det ikke være noen sirkelbevegelse.
Så hva med følelsen du føler når du går rundt en kurve på veien og i andre sentrifugalkrafteksempler? Denne "kraften" er faktisk et resultat av treghet: kroppen din fortsetter å bevege seg i en rett linje, og bilen faktisk skyver deg rundt kurven, så det føles som om vi blir presset inn i bilen i motsatt retning av kurve.
Hva en sentrifugalkraftkalkulator virkelig gjør
En sentrifugalkraftkalkulator tar i utgangspunktet formelen for sentripetal akselerasjon (som beskriver en reell fenomen) og snur styrken for å beskrive den tilsynelatende (men til slutt fiktive) sentrifugalen makt. Det er egentlig ikke nødvendig å gjøre dette i de fleste tilfeller, fordi det ikke beskriver virkeligheten i den fysiske situasjonen, bare den tilsynelatende situasjonen i en ikke-treghetsreferanseramme (i, f.eks. fra perspektivet til noen inne i svingbilen).