כיצד למצוא כוח צנטריפטללי

תוֹכֶן

• TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
• מהו כוח צנטריפטל?
• נוסחה לתאי כוח צנטריפטל ותאוצה צנטריפטלית
• טיפים
• מציאת כוח צנטריפטללי עם מידע לא מלא

כל עצם הנע במעגל מאיץ, גם אם המהירות שלו נשארת זהה. זה אולי נראה אינטואיטיבי כיוון שאיך אתה יכול להאיץ ללא שינוי במהירות? למעשה, מכיוון שתאוצה היא קצב שינוי המהירות, והמהירות כוללת מהירות וכיוון התנועה, אי אפשר לבצע תנועה סיבובית ללא תאוצה. על פי החוק השני של ניוטון, כל האצה (א) קשור לכוח (ו) על ידי ו = maובמקרה של תנועה סיבובית, הכוח המדובר נקרא כוח הצנטריפטל. תהליך זה הוא תהליך פשוט, אך ייתכן שתצטרך לחשוב על המצב בדרכים שונות, תלוי במידע שיש לך.

TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)

מצא את כוח הזיכרון באמצעות הנוסחה:

ו = mv² / r

פה, ו מתייחס לכוח, M היא מסת האובייקט, v הוא המהירות המשיקית של האובייקט, ו r הוא רדיוס המעגל שהוא עובר בתוכו. אם אתה יודע מה מקור כוח הזיכרון (למשל, כוח הכבידה), אתה יכול למצוא את כוח הצנטריפטל באמצעות המשוואה עבור אותו כוח.

מהו כוח צנטריפטל?

כוח צנטריפטלי אינו כוח באותו אופן כמו כוח כבידה או כוח חיכוך. כוח צנטריפטלי קיים מכיוון שקיימת תאוצה צנטריפטלית, אך הגורם הפיזי לכוח זה יכול להשתנות בהתאם למצב הספציפי.

שקול את תנועת כדור הארץ סביב השמש. למרות שמהירות מסלולו קבועה, הוא משנה כיוון ברציפות ולכן יש לו תאוצה המכוונת אל השמש. תאוצה זו חייבת להיגרם על ידי כוח, על פי חוקי התנועה הראשונה והשנייה של ניוטון. במקרה של מסלול כדור הארץ, הכוח הגורם לתאוצה הוא כוח המשיכה.

עם זאת, אם אתה מניף כדור על חוט במעגל במהירות קבועה, הכוח הגורם לתאוצה שונה. במקרה זה, הכוח הוא מהמתח בחוט. דוגמא נוספת היא מכונית ששומרת על מהירות קבועה אך מסתובבת במעגל. במקרה זה, החיכוך בין גלגלי המכונית לכביש הוא מקור הכוח.

במילים אחרות, קיימים כוחות צנטריפטלית, אך הגורם הפיזי להם תלוי במצב.

נוסחה לתאי כוח צנטריפטל ותאוצה צנטריפטלית

תאוצה צנטריפטלית היא השם לתאוצה ישירות לכיוון מרכז המעגל בתנועה סיבובית. זה מוגדר על ידי:

א = v² / r

איפה v הוא מהירות האובייקט בקו המשיק למעגל, ו r הוא רדיוס המעגל בו הוא נע. חשבו מה היה קורה אם היית מניף כדור המחובר למיתר במעגל, אבל המיתר נשבר. הכדור היה עף בקו ישר ממקומו על המעגל בזמן שהמיתר נשבר וזה נותן לך מושג מה v פירושו במשוואה לעיל.

מכיוון שהחוק השני של ניוטון קובע כי כוח = מסה × תאוצה, ויש לנו משוואה לתאוצה מעל, כוח הצנטריפטלי חייב להיות:

ו = mv² / r

במשוואה זו, M מתייחס למסה.

לכן, כדי למצוא את כוח הצנטריפטליות, עליכם לדעת את מסת האובייקט, רדיוס המעגל בו הוא מסתובב ומהירותו המשיקית. השתמש במשוואה שלמעלה כדי למצוא את הכוח המבוסס על גורמים אלה. ריבוע המהירות, הכפל אותה במסה ואז חלק את התוצאה ברדיוס המעגל.

טיפים

מציאת כוח צנטריפטללי עם מידע לא מלא

אם אין לך את כל המידע הדרוש לך עבור המשוואה שלמעלה, יתכן כי נראה כי הכוח המוצרי הוא בלתי אפשרי. עם זאת, אם אתה חושב על המצב, אתה יכול לעיתים קרובות להבין מה הכוח.

לדוגמה, אם אתה מנסה למצוא את כוח הזיכרון העובד על כוכב לכת המקיף כוכב או ירח המקיף כוכב לכת, אתה יודע שכוח הזיכרון נובע מכוח המשיכה. המשמעות היא שתוכלו למצוא את הכוח הזוהרי ללא המהירות המשיקת באמצעות המשוואה הרגילה לכוח הכבידה:

ו = Gm₁M₂ / r²

איפה M₁ ו M₂ הם ההמונים, ז הוא קבוע הכבידה, ו r היא ההפרדה בין שתי ההמונים.

כדי לחשב כוח צנטריפטלי ללא רדיוס, דרוש לך מידע נוסף (היקף המעגל הקשור לרדיוס על ידי ג = 2π_r, למשל) או הערך לתאוצה צנטריפטלית. אם אתה יודע את ההאצה של הזיכרון, אתה יכול לחשב ישירות את הכוח הזוהרי באמצעות החוק השני של ניוטון, _F = ma.