Hur man beräknar centrifugalkraft

Du har antagligen upplevt att köra nerför motorvägen när vägen plötsligt kurvor åt vänster och det känns som att du skjuts ut mot höger, i motsatt riktning mot kurvan. Detta är ett vanligt exempel på vad många tycker om och kallar en "centrifugalkraft". Denna "kraft" kallas felaktigt centrifugalkraften, men det finns faktiskt inget sådant!

Objekt som rör sig i en enhetlig cirkelrörelse upplever krafter som håller objektet i perfekt cirkulär rörelse, vilket innebär att summan av krafterna riktas inåt mot centrum. En enda kraft som spänning i en sträng är ett exempel på centripetal kraft, men andra krafter kan också fylla denna roll. Spänningen i strängen resulterar i en centripetal kraft som orsakar den enhetliga cirkelrörelsen. Det är troligtvis det du vill beräkna.

Låt oss först gå igenom vad centripetalacceleration är och hur man beräknar det, liksom hur man beräknar centripetalkrafter. Då kommer vi att kunna förstå varför det inte finns någon centrifugalkraft.

• Det finns ingen centrifugalkraft; om det fanns skulle det inte finnas någon cirkulär rörelse. Du kan enkelt se detta om du skapar ett centrifugalkraftdiagram som också inkluderar centripetalkraften. Centripetala krafter orsakar cirkulär rörelse och riktas mot rörelsens centrum.

För att förstå centripetal kraft och acceleration kan det vara till hjälp att komma ihåg en del ordförråd. För det första är hastighet en vektor som beskriver ett objekts hastighet och rörelseriktning. Om hastigheten ändras, eller med andra ord hastigheten eller riktningen på objektet förändras som en funktion av tiden, har den också en acceleration.

Ett särskilt fall av tvådimensionell rörelse är enhetlig cirkelrörelse, där ett objekt rör sig med konstant vinkelhastighet runt en central, stationär punkt.

Lägg märke till att vi säger att objektet har en konstanthastighet, men intehastighet, eftersom objektet kontinuerligt ändrar riktning. Därför har objektet två komponenter av acceleration: den tangentiella accelerationen som är parallell med objektets rörelseriktning och den centripetala accelerationen som är vinkelrät.

Om rörelsen är enhetlig är tangentiell accelerationens storlek noll och centripetalacceleration har en konstant, icke-noll storlek. Kraften (eller krafterna) som orsakar centripetalacceleration är centripetalkraften, som också pekar inåt mot centrum.

Denna kraft, från den grekiska betydelsen "söker centrum", är ansvarig för föremålets rotation i en enhetlig cirkulär bana runt centrumet.

Ett objekts centripetala acceleration ges av

varvär objektets hastighet ochRär den radie vid vilken den roterar. Det visar sig dock att kvantiteten

är egentligen inte en kraft, men kan användas för att hjälpa dig relatera den eller de krafter som ger upphov till cirkelrörelsen, till centripetalacceleration.

Låt oss låtsas att det fanns något som en centrifugalkraft eller en kraft som är lika och motsatt centripetalkraften. Om så vore fallet skulle de två krafterna avbryta varandra, vilket betyder att objektet inte skulle röra sig i en cirkulär bana. Alla andra krafter som finns kan skjuta objektet i någon annan riktning eller i en rak linje, men om det alltid fanns en lika och motsatt centrifugalkraft skulle det inte finnas någon cirkelrörelse.

Så vad sägs om känslan du känner när du går runt en kurva på vägen och i andra centrifugalkraftexempel? Denna "kraft" är faktiskt ett resultat av tröghet: din kropp fortsätter att röra sig i en rak linje, och bilen faktiskt skjuter dig runt kurvan, så det känns som att vi pressas in i bilen i motsatt riktning kurva.

En centrifugalkraftkalkylator tar i princip formeln för centripetalacceleration (som beskriver en verklig fenomen) och vänder kraftens riktning för att beskriva den uppenbara (men i slutändan fiktiva) centrifugalen tvinga. Det finns egentligen inget behov av att göra detta i de flesta fall, eftersom det inte beskriver verkligheten i den fysiska situationen, bara den uppenbara situationen i en icke-tröghetsreferensram (i, t.ex. ur perspektivet hos någon inne i vändbilen).