Jak obliczyć siłę odśrodkową

Prawdopodobnie doświadczyłeś jazdy autostradą, kiedy nagle droga skręca w lewo i masz wrażenie, że jesteś wypychany w prawo, w przeciwnym kierunku do zakrętu. Jest to typowy przykład tego, co wielu ludzi uważa za „siłę odśrodkową”. Ta „siła” jest błędnie nazywana siłą odśrodkową, ale w rzeczywistości nie ma czegoś takiego!

Obiekty poruszające się jednostajnym ruchem okrężnym doświadczają sił, które utrzymują obiekt w idealnym ruchu okrężnym, co oznacza, że ​​suma sił jest skierowana do wewnątrz w kierunku środka. Pojedyncza siła, taka jak napięcie w strunie, jest przykładem siły dośrodkowej, ale inne siły również mogą pełnić tę rolę. Naprężenie struny powoduje powstanie siły dośrodkowej, która powoduje równomierny ruch okrężny. Prawdopodobnie właśnie to chcesz obliczyć.

Przyjrzyjmy się najpierw, czym jest przyspieszenie dośrodkowe i jak je obliczyć, a także jak obliczyć siły dośrodkowe. Wtedy będziemy mogli zrozumieć, dlaczego nie ma siły odśrodkowej.

• Nie ma siły odśrodkowej; gdyby był, nie byłoby ruchu okrężnego. Możesz to łatwo zobaczyć, jeśli utworzysz wykres siły odśrodkowej, który obejmuje również siłę dośrodkową. Siły dośrodkowe powodują ruch okrężny i są skierowane w kierunku środka ruchu.

Aby zrozumieć siłę dośrodkową i przyspieszenie, pomocne może być zapamiętanie pewnego słownictwa. Po pierwsze, prędkość to wektor opisujący prędkość i kierunek ruchu obiektu. Następnie, jeśli zmienia się prędkość, czyli innymi słowy prędkość lub kierunek obiektu zmienia się w funkcji czasu, ma również przyspieszenie.

Szczególnym przypadkiem ruchu dwuwymiarowego jest ruch jednostajny po okręgu, w którym obiekt porusza się ze stałą prędkością kątową wokół centralnego, nieruchomego punktu.

Zauważ, że mówimy, że obiekt ma stałąprędkość, ale nieprędkość, ponieważ obiekt nieustannie zmienia kierunki. Dlatego obiekt ma dwie składowe przyspieszenia: przyspieszenie styczne, które jest równoległe do kierunku ruchu obiektu, oraz przyspieszenie dośrodkowe, które jest prostopadłe.

Jeśli ruch jest jednostajny, wartość przyspieszenia stycznego wynosi zero, a przyspieszenie dośrodkowe ma stałą, niezerową wartość. Siła (lub siły), która powoduje przyspieszenie dośrodkowe, jest siłą dośrodkową, która również jest skierowana do wewnątrz w kierunku środka.

Siła ta, z greckiego oznaczającego „poszukiwanie środka”, odpowiada za obrót obiektu po jednorodnej kołowej ścieżce wokół środka.

Przyspieszenie dośrodkowe obiektu jest dane wzorem

gdzievto prędkość obiektu iRto promień, w którym się obraca. Okazuje się jednak, że ilość

nie jest tak naprawdę siłą, ale może być wykorzystana do powiązania siły lub sił, które powodują ruch okrężny, z przyspieszeniem dośrodkowym.

Załóżmy, że istnieje coś takiego jak siła odśrodkowa, czyli siła równa i przeciwna sile dośrodkowej. Gdyby tak było, te dwie siły znosiłyby się nawzajem, co oznaczałoby, że obiekt nie poruszałby się po torze kołowym. Wszelkie inne obecne siły mogą popchnąć obiekt w innym kierunku lub w linii prostej, ale gdyby zawsze była równa i przeciwna siła odśrodkowa, nie byłoby ruchu kołowego.

A co z wrażeniami, które odczuwasz, gdy pokonujesz zakręt na drodze i w innych przykładach siły odśrodkowej? Ta „siła” jest tak naprawdę wynikiem bezwładności: twoje ciało porusza się po linii prostej, a samochód właściwie popycha cię po zakręcie, więc czujesz, jakbyśmy wciskali się w samochód w przeciwnym kierunku niż krzywa.

Kalkulator siły odśrodkowej zasadniczo przyjmuje wzór na przyspieszenie dośrodkowe (który opisuje rzeczywistą zjawisko) i odwraca kierunek siły, aby opisać pozorną (ale ostatecznie fikcyjną) odśrodkową siła. Naprawdę nie ma takiej potrzeby w większości przypadków, ponieważ nie opisuje to rzeczywistości fizycznej sytuacji, a jedynie pozorną sytuację w nieinercjalnym układzie odniesienia (tj. z perspektywy kogoś wewnątrz obracającego się samochodu).