De centrifugalkraft det tenderar att skjuta ut vändkroppar runt en kurva. Det anses vara en fiktiv kraft, pseudoforce eller tröghetskraft, eftersom det inte orsakas av interaktioner mellan verkliga objekt, utan är en manifestation av tröghet av kropparna. Tröghet är egenskapen som gör att objekt vill bevara vilotillståndet eller med enhetlig rätlinjig rörelse, om de har en..
Termen "centrifugalkraft" myntades av forskaren Christian Huygens (1629-1695). Han förklarade att planternas krökta rörelse tenderar att flytta bort dem såvida inte solen utövade någon kraft för att hålla tillbaka dem och han beräknade att denna kraft var proportionell mot hastighetens kvadrat och omvänt proportionell mot radien för den beskrivna omkretsen..
För dem som reser med bil är centrifugalkraft inte alls fiktiv. Passagerare i en bil som svänger åt höger känner sig tryckta åt vänster, och vice versa, när bilen svänger åt vänster upplever människor en kraft till höger som verkar vilja flytta dem bort från centrum av kurvan.
Storleken på centrifugalkraften Fg beräknas med hjälp av följande uttryck:
-Fg är storleken på centrifugalkraften
-m är objektets massa
-v är hastigheten
-R är den krökta banans radie.
Kraft är en vektor, därför används fet stil för att skilja den från dess storlek, som är en skalär.
Du måste alltid komma ihåg det Fg visas endast när rörelse beskrivs med en accelererad referensram.
I exemplet som beskrivs i början utgör den roterande bilen en accelererad referens, eftersom den kräver centripetal acceleration, så jag kan vända mig.
Artikelindex
Valet av referenssystem är avgörande för uppskattningen av rörelsen. En accelererad referensram kallas också en icke-tröghetsram..
I denna typ av system, som en snurrbil, uppträder fiktiva krafter som centrifugalkraft, vars ursprung inte är en verklig interaktion mellan objekt. En passagerare kan inte säga vad som skjuter honom ur kurvan, han kan bara bekräfta att så är fallet.
Å andra sidan, i ett tröghetsreferenssystem, uppstår interaktioner mellan verkliga föremål, såsom kroppen i rörelse och jorden, vilket ger upphov till vikt, eller mellan kroppen och ytan på vilken den rör sig, som härrör från friktion och vanligt.
En observatör som står vid sidan av vägen och ser hur bilen svänger kurvan är ett bra exempel på ett tröghetsreferenssystem. För denna observatör vänder bilen eftersom en kraft riktad mot centrum av kurvan verkar på den, vilket tvingar den att inte lämna den. Det handlar om centripetalkraft producerad av friktion mellan däcken och trottoaren.
I en tröghetsreferensram visas inte centrifugalkraften. Därför är det första steget för att beräkna det att noggrant välja det referenssystem som ska användas för att beskriva rörelsen..
Slutligen bör det noteras att tröghetsreferenssystemen inte nödvändigtvis behöver vara i vila, som att observatören ser fordonet vända kurvan. En tröghetsreferensram, känd som referensram för laboratoriet, det kan också vara på språng. Naturligtvis med konstant hastighet med avseende på en tröghet.
I nästa bild till vänster står en observatör O och tittar på O ', som är på plattformen som roterar i den angivna riktningen. För O, som är en tröghetsram, fortsätter O definitivt att rotera på grund av centripetalkraften Fc producerad av väggen på gallret på baksidan av O '.
Endast i tröghetsreferensramar är det giltigt att tillämpa Newtons andra lag, som säger att nettokraften är lika med massprodukten och accelerationen. Och genom att göra det, med det fria kroppsdiagrammet som visas, får vi:
Fc = mac
Fc= mvtvå / R
På samma sätt finns i figuren till höger också ett frikroppsdiagram som beskriver vad observatören O 'ser. Ur hans synvinkel är han i vila, därför balanserar krafterna på honom.
Dessa krafter är: det normala F, som väggen utövar på den, i rött och riktad mot centrum och centrifugalkraften Fg som skjuter den utåt och som inte härrör från någon interaktion, är en icke-tröghetskraft som visas i de roterande referensramarna.
Centrifugalkraften är fiktiv, den balanseras av en verklig kraft, kontakten eller normal kraft som pekar mot centrum. Därför:
∑Fx = 0 → Fg - F = 0
Fg = F
Även om centrifugalkraft anses vara en pseudokraft, är dess effekter ganska verkliga, vilket kan ses i följande exempel:
- I alla snurrande spel i en nöjespark finns centrifugalkraft. Hon ser till att vi "flyr från centrum" och erbjuder konstant motstånd om du försöker gå in i mitten av en rörlig karusell. I följande pendel kan du se centrifugalkraften:
- Coriolis-effekten uppstår genom jordens rotation, vilket gör att jorden slutar vara en tröghetsram. Då dyker Coriolis-kraften upp, som är en pseudokraft som avböjer föremål i sidled, precis som människor som försöker gå på en skivspelare..
En bil som snurrar med acceleration TILL till höger är en uppstoppad leksak hängande från insidan av backspegeln. Rita och jämför leksakens fria kroppsdiagram sett från:
a) Tröghetsreferensramen för en observatör som står på vägen.
b) En passagerare som reser i bilen.
En observatör som står på vägen märker att leksaken rör sig snabbt, med acceleration TILL till höger.
Det finns två krafter som verkar på leksaken: å ena sidan spänningen i strängen T och lodrät vikt ner W. Vikten balanseras med den vertikala spänningskomponenten Tcosθ, Således:
W - Tcosθ = 0
Den horisontella komponenten av stress: T. senθ är den obalanserade kraften som är ansvarig för accelerationen till höger, därför är centripetalkraften:
Fc= T. sinθ = mac
För en passagerare i bilen hänger leksaken i jämvikt och diagrammet är som följer:
Som i föregående fall kompenseras vikten och den vertikala komponenten i spänningen. Men den horisontella komponenten balanseras av den fiktiva kraften Fg = mA, så att:
-mA + Tsen ^ = 0
Fg = mA
Ett mynt finns på kanten av en gammal vinylskivspelare, vars radie är 15 cm och roterar med en hastighet av 33 varv / minut. Hitta den minsta statiska friktionskoefficient som krävs för att myntet ska stanna på plats med referensramen solidaritet med myntet.
I figuren finns frikroppsdiagrammet för en observatör som rör sig med myntet. Det normala N att skivspelaren utövar vertikalt upp är balanserad med vikten W, medan centrifugalkraften Fg kompenseras av statisk friktion FRör.
N - W = 0
FRör - Fg = 0
Storleken på centrifugalkraften är mvtvå/ R, som sagt i början, då:
FRör = Fg = mvtvå/ R
Å andra sidan ges den statiska friktionskraften av:
Fgnugga = μs.N
Var μs är koefficienten för statisk friktion, en måttlös storlek vars värde beror på hur ytorna är i kontakt. Att ersätta denna ekvation är:
μs.N = mvtvå/ R → μs = mvtvå/R.N
Det återstår att bestämma storleken på det normala, vilket är relaterat till vikten enligt N = mg. Byter ut igen:
μs = mvtvå/R.mg → μs = vtvå/ Rg
Tillbaka till uttalandet rapporterar det att myntet roterar med en hastighet av 33 varv / minut, vilket är vinkelhastigheten eller vinkelfrekvensen ω, relaterad till linjär hastighet v:
v = ω.R = 33 varv / min 2π radianer / varv 15 cm. (1 min / 60 s) = 51,8 cm / s
μs = vtvå/Rg=( 51,8 cm / s)två/ (15cm x 981 cm / stvå) = 0,18
Resultaten av denna övning skulle ha varit desamma om en tröghetsreferensram hade valts. I detta fall är den enda kraften som kan orsaka acceleration mot centrum statisk friktion..
Som vi har sagt är centrifugalkraften en fiktiv kraft som inte förekommer i tröghetsramar, som är de enda där Newtons lagar är giltiga. I dem är centripetalkraften ansvarig för att förse kroppen med nödvändig acceleration mot centrum.
Centripetalkraften är inte en annan kraft än de som redan är kända. Tvärtom är det just dessa som spelar rollen som centripetalkrafter när det är lämpligt. Till exempel tyngdkraften som får månen att kretsa runt jorden, spänningen i ett rep genom vilken en sten roteras, den statiska friktionen och den elektrostatiska kraften.
Men eftersom accelererade referensramar finns i överflöd i praktiken har fiktiva krafter mycket verkliga effekter. Här är till exempel tre viktiga applikationer där de har konkreta effekter:
Centrifuger är instrument som ofta används i laboratoriet. Tanken är att få en blandning av ämnen att rotera med hög hastighet och de ämnen med större massa upplever en större centrifugalkraft, enligt ekvationen som beskrivs i början..
Då tenderar de mest massiva partiklarna att röra sig bort från rotationsaxeln och därmed separeras från de lättare, som kommer att förbli närmare centrum..
Automatiska tvättmaskiner har olika centrifugeringscykler. I dem centrifugeras kläderna för att eliminera det återstående vattnet. Ju fler varv i cykeln, desto mindre fukt blir kläderna i slutet av tvätten.
Bilar är bättre på kurvtagning på vägar, eftersom spåret lutar något mot centrum av kurvan, som kallas superelevation. På detta sätt är bilen inte enbart beroende av den statiska friktionen mellan däcken och vägen för att slutföra svängen utan att lämna kurvan..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.