Centripetálna sila je definovaná ako sila pôsobiace na telo, ktoré sa pohybuje v kruhovej dráhe, ktorá je nasmerovaná na stred, okolo ktorého sa telo pohybuje. Tento výraz pochádza z latinských slov centrum pre "stred" a Peter, čo znamená „hľadať“.
Centripetálna sila sa môže považovať za strednú silu. Jeho smer je kolmý (v pravom uhle) k pohybu tela v smere k stredu zakrivenia jeho dráhy. Centripetálna sila mení smer pohybu objektu bez toho, aby ho zmenila rýchlosť.
Kľúčové cesty: Centripetal Force
- Centripetálna sila je sila na tele pohybujúca sa v kruhu, ktorý smeruje dovnútra smerom k bodu, okolo ktorého sa objekt pohybuje.
- Sila v opačnom smere, smerujúca von zo stredu rotácie, sa nazýva odstredivá sila.
- Pri rotujúcom telese sú stredové a odstredivé sily rovnaké, pokiaľ ide o veľkosť, ale v opačnom smere.
Rozdiel medzi odstredivou a odstredivou silou
Zatiaľ čo centripetálna sila pôsobí na ťahanie tela smerom do stredu bodu otáčania, odstredivá sila (sila „stredného unikania“) sa tlačí preč od stredu.
podľa k Newtonovmu prvému zákonu„telo v pokoji zostane v pokoji, zatiaľ čo telo v pohybe zostane v pohybe, pokiaľ naň nebude pôsobiť vonkajšia sila.“ v inými slovami, ak sú sily pôsobiace na objekt vyvážené, objekt sa bude aj naďalej pohybovať rovnomerným tempom akcelerácia.
Centipetálna sila umožňuje telu sledovať kruhovú dráhu bez toho, aby lietala v dotyčnici nepretržitým pôsobením v pravom uhle k svojej dráhe. Týmto spôsobom pôsobí na objekt ako jedna zo síl v Newtonovom prvom zákone, a tak udržuje zotrvačnosť objektu.
Newtonov druhý zákon sa uplatňuje aj v prípade požiadavka na centripetálnu silu, ktorý hovorí, že ak sa má objekt pohybovať v kruhu, musí naň pôsobiť čistá sila. Newtonov druhý zákon hovorí, že zrýchlený predmet podlieha čistej sile, pričom smer sieťovej sily je rovnaký ako smer zrýchlenia. V prípade predmetu, ktorý sa pohybuje v kruhu, musí byť prítomná stredová sila (čistá sila), ktorá pôsobí proti odstredivej sile.
Z hľadiska stacionárneho predmetu na otáčajúcom sa referenčnom rámci (napr. Sedadlo na hojdačke) sú stredová a odstredivá súmerné, ale v opačnom smere. Centipetálna sila pôsobí na telo v pohybe, zatiaľ čo odstredivá sila nie. Z tohto dôvodu sa odstredivá sila niekedy nazýva „virtuálna“ sila.
Ako sa počíta centripetálna sila
Matematické zastúpenie centripetálnych síl bolo odvodené holandským fyzikom Christiaanom Huygensom v roku 1659. V prípade telesa, ktoré sleduje kruhovú cestu konštantnou rýchlosťou, sa polomer kružnice (r) rovná hmotnosti telesa (m) krát štvorcový rýchlosť v) vydelené centripetálnou silou (F):
r = mv2/ F
Rovnica môže byť usporiadaná tak, aby riešila stredovú silu:
F = mv2/ r
Dôležitým bodom, ktorý by ste si mali z rovnice všimnúť, je, že stredová sila je úmerná štvorcu rýchlosti. To znamená, že zdvojnásobenie rýchlosti objektu vyžaduje štvornásobnú silu, aby sa objekt pohyboval v kruhu. Praktický príklad je viditeľný pri snímaní ostrej krivky automobilom. Tu je trenie jedinou silou, ktorá udržuje pneumatiky vozidla na ceste. Zvyšujúca sa rýchlosť výrazne zvyšuje silu, takže šmyk sa stáva pravdepodobnejším.
Nezabudnite tiež, že výpočet centripetálnej sily predpokladá, že na objekt nepôsobia žiadne ďalšie sily.
Vzorec zrýchlenia odstredenia
Ďalším spoločným výpočtom je centripetálne zrýchlenie, ktoré predstavuje zmenu rýchlosti vydelenú zmenou času. Zrýchlenie je štvorec rýchlosti vydelený polomerom kruhu:
Δv / Δt = a = v2/ r
Praktické aplikácie odstredivých síl
Klasickým príkladom centripetálnej sily je prípad, keď sa predmet hodí na lano. Tu napätie na lane dodáva centripetálnu „ťahovú“ silu.
Centripetálna sila je „tlačná“ sila v prípade jazdca motocykla Wall of Death.
Na laboratórne odstredivky sa používa stredová sila. Tu sú častice, ktoré sú suspendované v kvapaline, oddelené od kvapaliny pomocou urýchľovacích rúrok orientované tak, aby sa ťažšie častice (t. j. predmety s vyššou hmotnosťou) pritiahli k dolnej časti rúrky. Kým odstredivky bežne oddeľujú pevné látky od kvapalín, môžu tiež frakcionovať kvapaliny, ako napríklad vo vzorkách krvi, alebo separovať zložky plynov.
Plynové odstredivky sa používajú na oddelenie ťažšieho izotopového uránu 238 od ľahšieho izotopu uránu 235. Ťažší izotop je priťahovaný smerom von z spriadacieho valca. Ťažká frakcia sa odčerpá a prenesie sa do ďalšej odstredivky. Proces sa opakuje, až kým nie je plyn dostatočne „obohatený“.
Kvapalný zrkadlový teleskop (LMT) sa môže vyrábať otáčaním odrazového skla kvapalina metal, ako je ortuť. Zrkadlová plocha má tvar paraboloidu, pretože stredová sila závisí od štvorca rýchlosti. Z tohto dôvodu je výška zvlákňovacieho tekutého kovu úmerná druhej mocnine jeho vzdialenosti od stredu. Zaujímavý tvar, ktorý sa získa pri zvlákňovaní kvapalín, je možné pozorovať pri zvlákňovaní vedra s vodou konštantnou rýchlosťou.