Probabil ați experimentat conducerea pe autostradă, când brusc drumul se curbează la stânga și se simte ca și cum ați fi împins afară spre dreapta, în direcția opusă curbei. Acesta este un exemplu obișnuit de ceea ce mulți oameni consideră și numesc o „forță centrifugă”. Această „forță” este numită din greșeală forța centrifugă, dar de fapt nu există așa ceva!
Nu există lucruri precum accelerarea centrifugă
Obiectele care se mișcă într-o mișcare circulară uniformă experimentează forțe care mențin obiectul în mișcare circulară perfectă, adică suma forțelor este direcționată spre interior spre centru. O singură forță, cum ar fi tensiunea într-un șir, este un exemplu de forță centripetă, dar și alte forțe pot îndeplini acest rol. Tensiunea din șir are ca rezultat o forță centripetă, care determină mișcarea circulară uniformă. Probabil, asta este ceea ce doriți să calculați.
Să trecem mai întâi prin ce este accelerația centripetă și cum să o calculăm, precum și cum să calculăm forțele centripete. Apoi, vom putea înțelege de ce nu există o forță centrifugă.
sfaturi
Nu există o forță centrifugă; dacă ar exista nu ar exista nicio mișcare circulară. Puteți vedea acest lucru cu ușurință dacă creați o diagramă a forței centrifuge care include, de asemenea, forța centripetă. Forțele centripete provoacă mișcare circulară și sunt direcționate spre centrul mișcării.
O recapitulare rapidă
Pentru a înțelege forța și accelerația centripetă, poate fi util să vă amintiți un anumit vocabular. În primul rând, viteza este un vector care descrie viteza și direcția de mișcare pentru un obiect. Apoi, dacă viteza se schimbă sau, cu alte cuvinte, viteza sau direcția obiectului se schimbă în funcție de timp, are și o accelerație.
Un caz particular de mișcare bidimensională este mișcarea circulară uniformă, în care un obiect se mișcă cu viteză unghiulară constantă în jurul unui punct central, staționar.
Observați că spunem că obiectul are o constantăviteză, dar nuviteză, deoarece obiectul își schimbă continuu direcțiile. Prin urmare, obiectul are două componente ale accelerației: accelerația tangențială care este paralelă cu direcția de mișcare a obiectului și accelerația centripetă care este perpendiculară.
Dacă mișcarea este uniformă, magnitudinea accelerației tangențiale este zero, iar accelerația centripetă are o magnitudine constantă, diferită de zero. Forța (sau forțele) care provoacă accelerația centripetă este forța centripetă, care îndreaptă și spre interior spre centru.
Această forță, din sensul grecesc „căutarea centrului”, este responsabilă de rotația obiectului într-o cale circulară uniformă în jurul centrului.
Calculul accelerației și forțelor centripete
Accelerația centripetă a unui obiect este dată de
a = \ frac {v ^ 2} {R}
Undeveste viteza obiectului șiReste raza la care se rotește. Cu toate acestea, se dovedește că cantitatea
F = ma = \ frac {mv ^ 2} {R}
nu este cu adevărat o forță, dar poate fi folosit pentru a vă ajuta să raportați forța sau forțele care dau naștere mișcării circulare, la accelerația centripetă.
Deci, de ce nu există o forță centrifugă?
Să ne prefacem că a existat o forță centrifugă sau o forță care este egală și opusă forței centripete. Dacă acesta ar fi cazul, cele două forțe s-ar anula reciproc, ceea ce înseamnă că obiectul nu s-ar mișca pe o cale circulară. Orice alte forțe prezente ar putea împinge obiectul în altă direcție sau într-o linie dreaptă, dar dacă ar exista întotdeauna o forță centrifugă egală și opusă, nu ar exista nicio mișcare circulară.
Deci, ce zici de senzația pe care o simți când ocolești o curbă pe drum și în alte exemple de forță centrifugă? Această „forță” este de fapt un rezultat al inerției: corpul tău continuă să se miște în linie dreaptă, iar mașina de fapt vă împinge în jurul curbei, așa că simțiți că suntem presați în mașină în direcția opusă curba.
Ce face cu adevărat un calculator de forță centrifugă
Un calculator de forță centrifugă ia practic formula accelerării centripete (care descrie un real fenomen) și inversează direcția forței, pentru a descrie centrifuga aparentă (dar în cele din urmă fictivă) forta. În realitate nu este nevoie să faceți acest lucru în majoritatea cazurilor, deoarece nu descrie realitatea situației fizice, ci doar situația aparentă într-un cadru de referință non-inerțial (i, e. din perspectiva cuiva din interiorul mașinii care întoarce).