Sisältö
- Ei ole sellaista asiaa kuin keskipakokiihtyvyys
- vinkkejä
- Nopea kertaus
- Centripetaalin kiihtyvyyden ja voimien laskeminen
- Joten miksi ei ole keskipakoisvoimaa?
- Mitä keskipakoisvoimalaskin todella tekee
Olet todennäköisesti kokenut ajamista valtatieltä, kun tie yhtäkkiä kaareutuu vasemmalle ja tuntuu siltä, että sinut työnnetään ulos oikealle, käyrän vastakkaiseen suuntaan. Tämä on yleinen esimerkki siitä, mitä monet ihmiset ajattelevat ja kutsuvat "keskipakovoimana". Tätä "voimaa" kutsutaan virheellisesti keskipakoisvoimaksi, mutta itse asiassa sellaista ei ole!
Ei ole sellaista asiaa kuin keskipakokiihtyvyys
Objektit, jotka liikkuvat yhtenäisellä ympyräliikkeellä, kokevat voimat, jotka pitävät esineen täydellisellä ympyräliikkeellä, eli voimien summa on suunnattu sisäänpäin kohti keskustaa. Yksittäinen voima, kuten narun jännitys, on esimerkki centripetaalisesta voimasta, mutta myös muut voimat voivat täyttää tämän roolin. Jousen jännitys johtaa keskisuuntaiseen voimaan, joka aiheuttaa tasaisen ympyräliikkeen. Todennäköisesti tämän haluat laskea.
Annetaan ensin käydä läpi, mikä on centripetaalinen kiihtyvyys ja kuinka se lasketaan samoin kuin kuinka Centripetal-voimat lasketaan. Sitten voimme ymmärtää, miksi ei ole keskipakoisvoimaa.
vinkkejä
Nopea kertaus
Centripetaalivoiman ja kiihtyvyyden ymmärtämiseksi voi olla hyödyllistä muistaa joitain sanastoja. Ensinnäkin nopeus on vektori, joka kuvaa kohteen liikkeen nopeutta ja suuntaa. Seuraavaksi, jos nopeus muuttuu tai toisin sanoen esineen nopeus tai suunta muuttuu ajan funktiona, sillä on myös kiihtyvyys.
Erityinen tapaus kaksiulotteisessa liikkeessä on yhtenäinen ympyräliike, jossa esine liikkuu vakiona kulmanopeudella kiinteän pisteen ympäri.
Huomaa, että sanomme, että esineellä on vakio nopeus, mutta ei nopeus, koska objekti muuttaa jatkuvasti suuntaa. Siksi esineellä on kaksi kiihtyvyyden komponenttia: tangentiaalinen kiihtyvyys, joka on yhdensuuntainen kohteen liikesuunnan kanssa, ja keskisuuntainen kiihtyvyys, joka on kohtisuora.
Jos liike on tasainen, tangentiaalisen kiihtyvyyden suuruus on nolla, ja keskikohtaisella kiihtyvyydellä on vakio, nollasta poikkeava voimakkuus. Voima (tai voimat), joka aiheuttaa centripetaalisen kiihtyvyyden, on centripetaalivoima, joka osoittaa myös sisäänpäin kohti keskustaa.
Kreikkalaisesta merkityksestä ”keskipisteen etsiminen” tämä voima on vastuussa esineen pyörimisestä yhtenäisellä pyöreällä polulla keskuksen ympäri.
Centripetaalin kiihtyvyyden ja voimien laskeminen
Kohteen centripetaalisen kiihtyvyyden antaa = v2/ R, missä v on kohteen nopeus ja R on säde, jolla se pyörii. Kuitenkin käy ilmi, että määrä F = äiti = mv2/ R ei oikeastaan ole voima, mutta sitä voidaan käyttää auttamaan sinua suunnittelemaan voima tai voimat, jotka aiheuttavat ympyräliikkeen, centripetaaliseen kiihtyvyyteen.
Joten miksi ei ole keskipakoisvoimaa?
Tehdään teeskentelevän, että siellä oli sellainen asia kuin keskipakoisvoima tai voima, joka on yhtä suuri ja vastakkainen centripetaaliseen voimaan. Jos näin olisi, molemmat voimat poistavat toisiaan, mikä tarkoittaa, että esine ei liikku pyöreällä polulla. Muut läsnä olevat voimat saattavat työntää esineen toiseen suuntaan tai suorassa linjassa, mutta jos siellä olisi aina sama ja vastakkainen keskipakoisvoima, kiertoliikettä ei olisi.
Entä sensaatio, joka tunnet käydessäsi tiellä käyrän ympäri ja muissa keskipakoisvoimaesimerkeissä? Tämä "voima" on oikeastaan seurausta hitaudesta: vartalo jatkaa liikkumista suorassa linjassa, ja auto todella työntää sinut käyrän ympäri, joten tuntuu, että painumme autoon käyrän vastakkaiseen suuntaan.
Mitä keskipakoisvoimalaskin todella tekee
Keskipakoisvoimalaskuri ottaa periaatteessa kaavan keskiosan kiihtyvyydelle (joka kuvaa todellista ilmiötä) ja kääntää voiman suunnan kuvaamaan näkyvää (mutta viime kädessä kuvitteellista) keskipakoisvoimaa. Tätä ei todellakaan tarvitse tehdä useimmissa tapauksissa, koska se ei kuvaa fyysisen tilanteen todellisuutta, vaan vain ilmeistä tilannetta ei-inertiaalisessa viitekehyksessä (eli kääntyvän auton sisällä olevan henkilön näkökulmasta).