Plik siła odśrodkowa ma tendencję do wypychania obracających się ciał po krzywej. Uważa się, że fikcyjna siła, pseudomoc lub siła bezwładności, ponieważ nie jest spowodowane interakcjami między rzeczywistymi obiektami, ale jest przejawem bezwładność ciał. Bezwładność to właściwość, która sprawia, że obiekty chcą zachować stan spoczynku lub równomiernego ruchu prostoliniowego, jeśli taki posiadają..
Termin „siła odśrodkowa” został wymyślony przez naukowca Christiana Huygensa (1629-1695). Stwierdził, że krzywoliniowy ruch planet miałby tendencję do ich oddalania, chyba że Słońce wywarłoby jakąś siłę, aby je zatrzymać, i obliczył, że siła ta jest proporcjonalna do kwadratu prędkości i odwrotnie proporcjonalna do promienia opisanego obwodu..
Dla tych, którzy podróżują samochodem, siła odśrodkowa wcale nie jest fikcją. Pasażerowie w samochodzie, który skręca w prawo, czują się popychani w lewo i odwrotnie, kiedy samochód skręca w lewo, ludzie odczuwają siłę w prawo, która wydaje się chcieć odsunąć ich od środka zakrętu.
Wielkość siły odśrodkowej fasol jest obliczana przy użyciu następującego wyrażenia:
-fasol jest wielkością siły odśrodkowej
-m jest masą obiektu
-v to prędkość
-R jest promieniem zakrzywionej ścieżki.
Siła jest wektorem, dlatego pogrubioną czcionką odróżnia się ją od jej wielkości, która jest skalarem.
Musisz zawsze o tym pamiętać fasol pojawia się tylko wtedy, gdy ruch jest opisany za pomocą przyspieszonej klatki odniesienia.
W opisanym na początku przykładzie obracający się samochód stanowi przyspieszone odniesienie, ponieważ wymaga przyspieszenie dośrodkowe, więc mogę się odwrócić.
Indeks artykułów
Wybór systemu odniesienia ma zasadnicze znaczenie dla oceny ruchu. Przyspieszona ramka odniesienia jest również nazywana ramką nieinercyjną..
W tego typu układzie, podobnie jak w wirującym samochodzie, pojawiają się fikcyjne siły, takie jak siła odśrodkowa, których źródłem nie jest rzeczywista interakcja między obiektami. Pasażer nie może powiedzieć, co wypycha go z zakrętu, może tylko stwierdzić, że tak jest.
Z drugiej strony w inercjalnym układzie odniesienia interakcje zachodzą między rzeczywistymi obiektami, takimi jak poruszające się ciało i Ziemia, która powoduje wzrost ciężaru, lub między ciałem a powierzchnią, po której się porusza, co powoduje tarcie i normalna.
Obserwator stojący na poboczu drogi i obserwujący, jak samochód skręca w zakręt, jest dobrym przykładem bezwładnościowego układu odniesienia. Dla tego obserwatora samochód skręca, ponieważ działa na niego siła skierowana w stronę środka zakrętu, która zmusza go do nie opuszczania go. Chodzi o siła dośrodkowa wytwarzana przez tarcie między oponami a nawierzchnią.
W bezwładnościowym układzie odniesienia siła odśrodkowa nie pojawia się. Dlatego pierwszym krokiem do obliczenia tego jest staranne wybranie układu odniesienia, który zostanie użyty do opisu ruchu..
Na koniec należy zauważyć, że bezwładnościowe układy odniesienia niekoniecznie muszą znajdować się w stanie spoczynku, tak jak obserwator obserwujący, jak pojazd skręca na zakręcie. Inercyjny układ odniesienia, znany jako ramy odniesienia laboratorium, może też być w ruchu. Oczywiście ze stałą prędkością względem bezwładności.
Na kolejnym rysunku po lewej obserwator O stoi i patrzy na O ', który znajduje się na platformie obracającej się we wskazanym kierunku. Dla O, która jest ramą inercyjną, z pewnością O 'obraca się z powodu siły dośrodkowej fado wytwarzane przez ścianę siatki z tyłu O '.
Jedynie w inercjalnych układach odniesienia można zastosować drugie prawo Newtona, które mówi, że siła wypadkowa jest równa iloczynowi masy i przyspieszenia. Robiąc to, z pokazanym diagramem wolnych ciał otrzymujemy:
fado = mado
fado= mvdwa / R
Podobnie, na rysunku po prawej stronie znajduje się również diagram swobodnego ciała, który opisuje to, co widzi obserwator O '. Z jego punktu widzenia odpoczywa, dlatego siły na nim się równoważą.
Są to siły: normalne fa, że ściana wywiera na nią wpływ, na czerwono i skierowana w stronę środka i siły odśrodkowej fasol która wypycha go na zewnątrz i która nie jest zapoczątkowana przez żadną interakcję, jest siłą nieinercyjną, która pojawia się w obracających się ramach odniesienia.
Siła odśrodkowa jest fikcyjna i jest równoważona przez siłę rzeczywistą, kontakt lub siłę normalną skierowaną w stronę środka. W związku z tym:
∑Fx = 0 → F.sol - F = 0
fasol = F.
Chociaż siła odśrodkowa jest uważana za pseudo siłę, jej skutki są całkiem realne, co widać na poniższych przykładach:
- W każdej grze spinningowej w wesołym miasteczku występuje siła odśrodkowa. Zapewnia, że „uciekamy z centrum” i stawia ciągły opór, jeśli spróbujesz wejść do środka poruszającej się karuzeli. W poniższym wahadle widać siłę odśrodkową:
- Efekt Coriolisa powstaje w wyniku obrotu Ziemi, co powoduje, że Ziemia przestaje być ramą bezwładnościową. Następnie pojawia się siła Coriolisa, która jest pseudo-siłą, która odbija przedmioty na boki, tak jak ludzie próbujący chodzić po gramofonie..
Samochód, który wiruje z przyspieszeniem DO po prawej stronie jest pluszowa zabawka zwisająca z wewnętrznego lusterka wstecznego. Narysuj i porównaj schematy swobodnego ciała zabawki widziane z:
a) Inercyjny układ odniesienia obserwatora stojącego na drodze.
b) Pasażer podróżujący samochodem.
Obserwator stojący na drodze zauważa, że zabawka porusza się szybko, z przyspieszeniem DO w prawo.
Na zabawkę działają dwie siły: z jednej strony napięcie struny T i waga pionowa w dół W. Ciężar jest równoważony pionową składową naprężenia Tcosθ, A zatem:
W - Tcosθ = 0
Pozioma składowa naprężenia: T. senθ jest niezrównoważoną siłą odpowiedzialną za przyspieszenie w prawo, dlatego siła dośrodkowa wynosi:
fado= T. sinθ = mado
Dla pasażera w samochodzie zabawka wisi w równowadze, a schemat przedstawia się następująco:
Podobnie jak w poprzednim przypadku, ciężar i pionowa składowa naprężenia są kompensowane. Ale komponent poziomy jest równoważony przez fikcyjną siłę fasol = mA, po to aby:
-mA + Tsenθ = 0
fasol = mA
Moneta znajduje się na brzegu starego gramofonu, którego promień wynosi 15 cm i obraca się z prędkością 33 obr / min. Znajdź minimalny współczynnik tarcia statycznego niezbędny, aby moneta pozostała na miejscu, korzystając z układu odniesienia solidarności z monetą.
Na rysunku znajduje się diagram swobodnego ciała obserwatora poruszającego się z monetą. Normalny N że gramofon działa pionowo do góry, jest zrównoważony ciężarem W, podczas gdy siła odśrodkowa fasol jest kompensowany przez tarcie statyczne fadotknąć.
N - W = 0
fadotknąć - fasol = 0
Wielkość siły odśrodkowej wynosi mvdwa/ R, jak powiedziano na początku, to:
fadotknąć = F.sol = mvdwa/ R
Z drugiej strony statyczna siła tarcia jest określona przez:
farub = μs.N
Gdzie μs jest współczynnikiem tarcia statycznego, wielkością bezwymiarową, której wartość zależy od kontaktu powierzchni. Podstawienie tego równania to:
μs.N = mvdwa/ R → μs = mvdwa/R.N
Pozostaje określić wielkość normy, która jest związana z masą według N = mg. Zastępowanie ponownie:
μs = mvdwa/R.mg → μs = wdwa/ Rg
Wracając do stwierdzenia, donosi, że moneta obraca się z prędkością 33 obrotów / minutę, co jest prędkością kątową lub częstotliwością kątową ω, związane z prędkością liniową v:
v = ω.R = 33 obr / min. 2π radianów / obr. 15 cm. (1 min / 60 s) = 51,8 cm / s
μs = wdwa/Rg=(51,8 cm / s)dwa/ (15 cm x 981 cm / sdwa) = 0,18
Wyniki tego ćwiczenia byłyby takie same, gdyby wybrano inercjalny układ odniesienia. W tym przypadku jedyną siłą, która może spowodować przyspieszenie w kierunku środka, jest tarcie statyczne..
Jak powiedzieliśmy, siła odśrodkowa jest siłą fikcyjną, która nie pojawia się w układach inercjalnych, które są jedynymi, w których obowiązują prawa Newtona. W nich siła dośrodkowa jest odpowiedzialna za zapewnienie organizmowi niezbędnego przyspieszenia w kierunku środka.
Siła dośrodkowa nie różni się od siły już znanej. Wręcz przeciwnie, to właśnie te w odpowiednich przypadkach odgrywają rolę sił dośrodkowych. Na przykład grawitacja, która sprawia, że Księżyc krąży wokół Ziemi, napięcie liny, za pomocą której obraca się kamień, tarcie statyczne i siła elektrostatyczna.
Ponieważ jednak w praktyce istnieje wiele przyspieszonych układów odniesienia, fikcyjne siły mają bardzo realne skutki. Na przykład oto trzy ważne aplikacje, w których mają wymierne efekty:
Wirówki to instrumenty szeroko stosowane w laboratorium. Chodzi o to, aby mieszanina substancji obracała się z dużą prędkością, a substancje o większej masie doświadczały większej siły odśrodkowej, zgodnie z równaniem opisanym na początku..
Wówczas najbardziej masywne cząstki będą miały tendencję do oddalania się od osi obrotu, oddzielając się w ten sposób od lżejszych, które pozostaną bliżej środka..
Pralki automatyczne mają różne cykle wirowania. W nich ubrania są odwirowywane, aby usunąć pozostałą wodę. Im więcej obrotów w cyklu, tym mniej wilgotne ubrania po zakończeniu prania.
Samochody lepiej radzą sobie na zakrętach na drogach, ponieważ tor jest lekko nachylony w kierunku środka zakrętu, co jest znane jako przechyłka. W ten sposób samochód nie jest zależny wyłącznie od tarcia statycznego między oponami a drogą, aby ukończyć zakręt bez opuszczania zakrętu..
Jeszcze bez komentarzy