Центрипетална вс центрифугална сила: у чему је разлика и зашто је то важно

Центрипетална сила и центрифугална сила два су појма која студенти физике често бркају или погрешно разумеју.

Типична заблуда је да је центрипетална сила усмерена према центру кружне путање објекта, док је центрифугална сила усмерена према споља, као да делују у супротним смеровима. Међутим, само један од њих је заправо прави сила!

Једина сила која узрокује кружно кретање објекта је центрипетална сила, који је увек усмерен према центру кружне стазе. На пример, ако аутомобил заокружи завој, центрипетална сила која га тера да се креће у кривини, а не у правој линији, усмерена је дуж радијуса круга који аутомобил извлачи.

• Центрифугална сила је фиктивна сила, што значи да јесте није стварна сила. Центрипетална сила је стварно.

Центрифугална сила, с друге стране, не постоји. Попут флукс кондензатора „Повратак у будућност“, тај појам је измишљен да помогне у описивању нечег замишљеног, мада на основу неких стварних запажања. Ефекти кретања у кругу чине да објекат осећа као да „лети“ напоље, а идеја о њему је

Када аутомобил направи тежак скретање улево, путници се могу осећати „одбаченим“ удесно од аутомобила. Или на дну петље на тобогану, возачи се могу осећати гурнутим на своја седишта.

Ова осећања су резултат инерција; Међутим, не сила (мада се може назвати и привидна сила). Инерција описује тенденцију објекта да се одупре променама у свом кретању, као што је описано Њутновим првим законом, Законом о инерцији.

Када аутомобил нагло скрене, или се тобоган повуче, људска тела изнутра већ се крећу са одређеном брзином у одређеном смеру. Према Закону о инерцији, ова тела су у почетку одолети мењајући њихове брзине.

Путници се још увек крећу напред у свемиру када аутомобил нагло крене налево - тако да уместо да их „баци удесно“, аутомобил је заправо закуцавши се у њих с лева док се изненада креће. Једном када њихова тела сустигну и почну да се крећу и улево, сензација судара престаје.

На сличан начин у тобоганима, тела се и даље померају наниже када подметач почне да их гура нагоре. Док њихова тела не достигну нову брзину подметача, осећају се као да су бачена на спољну страну колица. Њихова тела се и даље крећу према колицима као што се колица сада крећу према њиховим телима.

Центрипетална сила само је део рецепта за покретање нечега у круг. Други састојак је линеарна брзина. Предмет се мора кретати када центрипетална сила делује под правим углом на његово кретање да би се кретала у кругу.

Размислите о лопти на крају жице. Да би је особа окренула око главе, мора прво да је баци неком хоризонталном компонентом (другим речима, не директно у себе или од себе). Особа затегне конопац и лопта почиње да кружи око њих уместо да лети ван.

Две ствари се морају непрестано дешавати да би се лопта на ужету наставила вртети: Особа мора наставити да вуче уже затегнуто (повлачењем), и морају да наставе да додају лагане хоризонталне потиске како би одржали линеарно кретање лопте, које би иначе успорило од трења са ваздухом. (Међутим, у свемиру би особа само треба повући научени конопац јер куглица неће изгубити линеарну брзину док се врти у вакууму.)

Ако се лопта не би кретала и особа би затегнула уже, лопта би се само кретала према особи, а не круг. Ако би се лопта померала директно од особе и повукли конопац, прво би лопта успорила, а затим променила смер и вратила се према особи, опет не у круг.

У тим случајевима не би имало смисла ни назвати силу која се преноси кроз уже центрипеталном силом. То је једноставно примењена сила напетости на лопту.

Реч центрипетални је само начин да се опише било која сила која делује окомито на линеарну брзину објекта. Многе врсте предмета или интеракције могу пружити центрипеталне силе.

На пример, као што је већ поменуто, коноп који се врти у кругу пружа центрипеталну силу на предмет везан на његовом крају. Аутомобил који скреће у завоју доживљава центрипеталну силу од трења између гума и пута. Сателит у орбити наставља да се креће у кругу захваљујући гравитационој сили која пружа центрипеталну силу према центру Земље.

У сваком од ових случајева, ако би се извор центрипеталне силе изненада уклонио, уже, трење или гравитација, предмет би престао да се креће у круг. Прецизније, одлетео би тангенцијом на тај круг са било којом линеарном брзином коју је имао.

Зато што је центрипетална сила усмерена према центру кружног путања објекта и центрифугалној сили не постоји да би јој се супротставио, објекат који се креће по закривљеној путањи мора имати а мрежна сила према центру круга.

Из Њутновог другог закона, Ф = ма, следи да нето сила изазива убрзање. Заправо, све што се креће у кругу има убрзање, које се назива центрипетално убрзање, према центру круга.

Ово се може чинити контра-интуитивним, с обзиром на то да убрзање значи промену брзине, а ипак се много ствари креће у кругу наизглед константном брзином.

Овде помаже да се подсетимо да је брзина вектор, и са величином и са правцем, а промена било ког од тих резултата резултира новом брзином. Како се објекат креће у кругу, и његова линеарна брзина и центрипетално убрзање непрестано мењају смер; у било којој тачки путање стрелице за сваки вектор биће окренуте на другачији начин него у било којој другој тачки дуж путање.

Дакле, предмет наставља путовање по исте брзине али са непрестано променљивим смером. Физичари ово описују као једнолико кружно кретање.

Будући да је центрипетална сила увек окомита на линеарну брзину објекта, она описује радијус кружне путање објекта. Према томе, што је већа центрипетална сила, то је јачи „тегљач“ према унутра, то ће круг бити затегнутији или мањи, а што је центрипеталнија сила лабавија, то ће кружни пут бити већи.

Ово може имати смисла интуитивно: повлачењем конопца који држи лопту или заузимањем кривине на а лепљива површина са више трења него на глаткој, попут леда, резултираће мањим кружним покрети. Само запамтите да је у било којој ситуацији једина сила која узрокује кружно кретање ан унутрашња, центрипетална сила. Ниједна центрифугална сила никада не гура предмет „напоље“ у круг.