Huvud vetenskap

Centrifugalkraftsfysik

Centrifugalkraftsfysik
Centrifugalkraftsfysik

Video: Kraft och rörelse 2024, Juni

Video: Kraft och rörelse 2024, Juni
Anonim

Centrifugalkraft, en fiktiv kraft, som är speciell för en partikel som rör sig på en cirkulär bana, som har samma storlek och dimensioner som kraften som håller partikeln på sin cirkulära bana (centripetalkraften) men pekar i motsatt riktning.

mekanik: Centrifugalkraft

Enligt principen om galilisk relativitet, om Newtons lagar är sanna i någon referensram, är de också sanna i någon annan ram

En sten som virvlar i ett horisontellt plan på änden av en sträng bunden till en stolpe på marken ändrar kontinuerligt riktningen för dess hastighet och har därför en acceleration mot stolpen. Denna acceleration är lika med kvadratet för dess hastighet dividerad med strängens längd. Enligt Newtons andra lag orsakas en acceleration av en kraft, som i detta fall är spänningen i strängen. Om stenen rör sig med konstant hastighet och tyngdkraften försummas, är strängspänningen inåt pekande den enda kraften som verkar på stenen. Om strängen går sönder kommer stenen på grund av tröghet att fortsätta gå i en rak linje tangent till dess tidigare cirkulära bana; den rör sig inte i den yttre riktningen som den skulle göra om centrifugalkraften var verklig.

Även om det inte är en verklig kraft enligt Newtons lagar är centrifugalkraftsbegreppet användbart. Till exempel, när man analyserar vätskans beteende i en gräddseparator eller en centrifug, är det bekvämt att studera vätskans beteende relativt den roterande behållaren snarare än relativt jorden; och, för att Newtons lagar ska kunna tillämpas i en sådan roterande referensram, måste en tröghetskraft eller en fiktiv kraft (centrifugalkraften), lika och motsatt till centripetalkraften, inkluderas i rörelseekvationerna. I en referensram fäst vid den virvlande stenen ligger stenen i vila; för att erhålla ett balanserat kraftsystem måste den utåtriktade centrifugalkraften inkluderas.

Centrifugalkraften kan ökas genom att antingen öka rotationshastigheten eller kroppens massa eller genom att minska radien, vilket är kroppens avstånd från kurvets centrum. Genom att öka massan eller minska radien ökar centrifugalkraften i direkt respektive omvänd proportion, men genom att öka rotationshastigheten ökar den i proportion till hastigheten kvadrat; det vill säga en ökning av hastigheten på 10 gånger, säg från 10 till 100 varv per minut, ökar centrifugalkraften med en faktor 100. Centrifugalkraften uttrycks som en multipel av g, symbolen för normal gravitationskraft (strikt sett, accelerationen på grund av tyngdkraften). Centrifugalfält på mer än 1 000 000 000 g har producerats i laboratoriet av enheter som kallas centrifuger.