Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Mikä on Centripetal Force?
- Kaava centripetal-voimille ja centripetal-kiihtyvyydelle
- vinkkejä
- Centripetal-joukon löytäminen puutteellisilla tiedoilla
Mikä tahansa ympyrässä liikkuva esine kiihtyy, vaikka sen nopeus pysyy samana. Tämä saattaa tuntua vastaintuitiiviselta, koska kuinka voit saada kiihtyvyyden ilman nopeuden muutosta? Itse asiassa koska kiihtyvyys on nopeuden muutosnopeutta ja nopeuteen sisältyy nopeus ja liikesuunta, kiertoliikettä ei voida suorittaa ilman kiihtyvyyttä. Newtonin toisella lailla mikä tahansa kiihtyvyys () on kytketty voimaan (F) kirjoittanut F = äiti, ja pyöreän liikkeen tapauksessa kyseessä olevaa voimaa kutsutaan keskisuuntaiseksi voimaksi. Tämän tekeminen on yksinkertainen prosessi, mutta joudut ehkä ajattelemaan tilannetta eri tavoin käytettävissä olevien tietojen mukaan.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Löydä centripetaalivoima kaavalla:
F = mv2 / R
Tässä, F viittaa voimaan, m on esineen massa, v on kohteen tangenssinopeus, ja R on sen ympyrän säde, johon se kulkee. Jos tiedät centripetaalisen voiman lähteen (esimerkiksi painovoima), voit löytää centripetaalivoiman käyttämällä kyseisen voiman yhtälöä.
Mikä on Centripetal Force?
Centripetal-voima ei ole voima samalla tavalla kuin painovoima tai kitkavoima. Centripetal-voima on olemassa, koska centripetal-kiihtyvyys on olemassa, mutta tämän voiman fysikaalinen syy voi vaihdella riippuen tilanteesta.
Ajattele maan liikettä auringon ympäri. Vaikka kiertoradan nopeus on vakio, se muuttaa suuntaa jatkuvasti ja sen vuoksi kiihtyvyys on suunnattu kohti aurinkoa. Tämän kiihtyvyyden täytyy aiheuttaa voima Newtonin ensimmäisen ja toisen liikelain mukaan. Maan kiertoradalla kiihtyvyyttä aiheuttava voima on painovoima.
Kuitenkin, jos heilutat palloa narulla ympyrässä vakionopeudella, kiihtyvyyden aiheuttava voima on erilainen. Tässä tapauksessa voima johtuu narun kireydestä. Toinen esimerkki on auto, joka ylläpitää vakionopeutta, mutta kääntyy ympyrässä. Tässä tapauksessa voimanlähteenä on auton pyörien ja tien välinen kitka.
Toisin sanoen centripetaalisia voimia on olemassa, mutta niiden fyysinen syy riippuu tilanteesta.
Kaava centripetal-voimille ja centripetal-kiihtyvyydelle
Centripetaalinen kiihtyvyys on kiihtyvyyden nimi suoraan ympyrän keskustaa kohti ympyrän liikkeellä. Tämän määrittelee:
= v2 / R
Missä v on objektin nopeus ympyrälle tangentiaalisella viivalla, ja - R on sen ympyrän säde, johon se liikkuu. Ajattele, mitä tapahtuisi, jos heiluttaisit palloa kytkettynä naruun ympyrässä, mutta naru murtui. Pallo lentää suorassa linjassa sen sijainnista ympyrällä silloin, kun naru murtui, ja tämä antaa sinulle kuvan siitä, mitä v tarkoittaa yllä olevassa yhtälössä.
Koska Newtonin toisessa laissa sanotaan, että voima = massa × kiihtyvyys, ja kiihtyvyyden yhtälö on yllä, keskisuuntaisen voiman on oltava:
F = mv2 / R
Tässä yhtälössä m tarkoittaa massaa.
Joten löytääksesi keskisuuntaisen voiman sinun on tiedettävä esineen massa, sen ympyrän säde ja sen tangenssinopeus. Käytä yllä olevaa yhtälöä löytääksesi voiman näiden tekijöiden perusteella. Neliöitä nopeus, kerro se massalla ja jaa sitten tulos ympyrän säteellä.
vinkkejä
Centripetal-joukon löytäminen puutteellisilla tiedoilla
Jos sinulla ei ole kaikkia yllä olevaa yhtälöä varten tarvitsemiasi tietoja, voi tuntua, että centripetaalivoiman löytäminen on mahdotonta. Jos kuitenkin ajattelet tilannetta, voit usein selvittää, mikä voima voi olla.
Esimerkiksi, jos yrität löytää keskellä oleva voima, joka toimii planeetalla, joka kiertää tähtiä tai kuua, joka kiertää planeettaa, tiedät, että keskikohtainen voima tulee painovoimasta. Tämä tarkoittaa, että voit löytää keskellä olevan voiman ilman tangenssinopeutta käyttämällä tavallista yhtälöä painovoimalle:
F = gm1m2 / R2
Missä m1 ja m2 ovat joukot, G on gravitaatiovakio, ja R on erotus kahden massan välillä.
Laskeaksesi centripetaalivoiman ilman sädettä, tarvitset joko lisätietoja (ympyrän kehä suhteessa säteen C = 2π_r, esimerkiksi) tai sen keskikohdan kiihtyvyyden arvo. Jos tiedät centripetaalisen kiihtyvyyden, voit laskea keskikohdan voiman suoraan Newtonin toisella lailla _F = äiti.