Pravdepodobne ste už zažili jazdu po diaľnici, keď zrazu cestné zákruty odišli doľava a máte pocit, že sa tlačíte doprava, do protismeru zákruty. Toto je bežný príklad toho, čo si mnoho ľudí predstavuje pod pojmom „odstredivá sila“. Táto „sila“ sa mylne nazýva odstredivá sila, ale v skutočnosti nič také neexistuje!
Neexistuje nič také ako odstredivé zrýchlenie
Objekty pohybujúce sa v rovnomernom kruhovom pohybe zažívajú sily, ktoré udržujú objekt v perfektnom kruhovom pohybe, čo znamená, že súčet síl smeruje dovnútra smerom do stredu. Jedna sila, ako napríklad napätie v šnúrke, je príkladom dostredivej sily, ale túto úlohu môžu plniť aj iné sily. Výsledkom napätia struny je dostredivá sila, ktorá spôsobuje rovnomerný kruhový pohyb. Pravdepodobne je to to, čo chcete vypočítať.
Poďme si najskôr prejsť, čo je dostredivé zrýchlenie a ako ho vypočítať, ako aj ako vypočítať dostredivé sily. Potom budeme schopní pochopiť, prečo neexistuje odstredivá sila.
Tipy
Neexistuje žiadna odstredivá sila; keby tam bol, nebol by kruhový pohyb. Vidíte to ľahko, ak vytvoríte diagram odstredivej sily, ktorý obsahuje aj dostredivú silu. Dostredivé sily spôsobujú kruhový pohyb a sú smerované do stredu pohybu.
Rýchle zhrnutie
Pre pochopenie dostredivej sily a zrýchlenia môže byť užitočné zapamätať si slovník. Po prvé, rýchlosť je vektor, ktorý popisuje rýchlosť a smer pohybu objektu. Ďalej, ak sa mení rýchlosť alebo inými slovami rýchlosť alebo smer objektu sa menia v závislosti na čase, má tiež zrýchlenie.
Konkrétnym prípadom dvojrozmerného pohybu je rovnomerný kruhový pohyb, pri ktorom sa objekt pohybuje konštantnou uhlovou rýchlosťou okolo centrálneho nehybného bodu.
Všimnite si, že hovoríme, že objekt má konštanturýchlosť, ale nierýchlosť, pretože objekt nepretržite mení smery. Objekt má preto dve zložky zrýchlenia: tangenciálne zrýchlenie, ktoré je rovnobežné so smerom pohybu objektu, a dostredivé zrýchlenie, ktoré je kolmé.
Ak je pohyb rovnomerný, veľkosť tangenciálneho zrýchlenia je nulová a dostredivé zrýchlenie má konštantnú nenulovú veľkosť. Sila (alebo sily), ktoré spôsobujú dostredivé zrýchlenie, sú dostredivá sila, ktorá tiež smeruje dovnútra smerom k stredu.
Táto sila, z gréckeho významu „hľadajúci stred“, je zodpovedná za rotáciu objektu v rovnomernej kruhovej dráhe okolo stredu.
Výpočet dostredivého zrýchlenia a síl
Dostredivé zrýchlenie objektu je dané
a = \ frac {v ^ 2} {R}
kdevje rýchlosť objektu aRje polomer, v ktorom sa otáča. Ukazuje sa však, že množstvo
F = ma = \ frac {mv ^ 2} {R}
nie je v skutočnosti sila, ale dá sa použiť, aby vám pomohla spojiť silu alebo sily, ktoré spôsobujú kruhový pohyb, s dostredivým zrýchlením.
Prečo tu teda nie je odstredivá sila?
Predstierajme, že existovalo niečo ako odstredivá sila alebo sila, ktorá je rovnaká a opačná ako dostredivá sila. Ak by to tak bolo, obe sily by sa navzájom zrušili, čo znamenalo, že by sa objekt nepohol kruhovou cestou. Akékoľvek ďalšie prítomné sily by mohli tlačiť na objekt v nejakom inom smere alebo v priamke, ale ak by vždy existovala rovnaká a opačná odstredivá sila, nedochádzalo by k žiadnemu kruhovému pohybu.
Čo teda s pocitom, ktorý cítite, keď obchádzate zákrutu na ceste a v ďalších príkladoch odstredivej sily? Táto „sila“ je vlastne výsledkom zotrvačnosti: vaše telo sa pohybuje stále v priamom smere a vlastne aj auto vás tlačí okolo zákruty, takže máte pocit, akoby sme sa tlačili do auta v protismere vozidla krivka.
Čo skutočne robí kalkulačka odstredivých síl
Výpočet odstredivej sily v zásade vychádza z vzorca pre dostredivé zrýchlenie (ktorý popisuje skutočnú hodnotu jav) a obráti smer sily, aby opísal zdanlivú (ale nakoniec fiktívnu) odstredivú sila. Vo väčšine prípadov to naozaj nie je potrebné robiť, pretože to neopisuje realitu fyzickej situácie, iba zjavnú situáciu v neinerciálnom referenčnom rámci (t. J. Napr. z pohľadu niekoho vo vnútri otáčajúceho sa auta).