Зміст
- TL; DR (Занадто довго; Не читав)
- Що таке центрипетальна сила?
- Формула для Центропетальної сили та Центропетального прискорення
- Поради
- Пошук центрипетальної сили з неповною інформацією
Будь-який предмет, що рухається по колу, прискорюється, навіть якщо його швидкість залишається однаковою. Це може здатися протиінтуїтивним, бо як можна прискорити роботу без зміни швидкості? Насправді, оскільки прискорення - це швидкість зміни швидкості, а швидкість включає швидкість і напрямок руху, неможливий круговий рух без прискорення. За другим законом Ньютона будь-яке прискорення (а) пов'язаний із силою (Ж) від Ж = ма, а у випадку кругового руху, про яку йдеться, називається доцентрова сила. Розробка цього процесу - це простий процес, але, можливо, доведеться думати про ситуацію різними способами залежно від інформації, яку ви маєте.
TL; DR (Занадто довго; Не читав)
Знайдіть відцентрову силу за формулою:
Ж = mv2 / r
Ось Ж посилається на силу, м - маса об'єкта, v - тангенціальна швидкість об'єкта, і r - радіус кола, по якому він рухається. Якщо ви знаєте джерело відцентрової сили (наприклад, сила тяжіння), ви можете знайти доцентрову силу, використовуючи рівняння для цієї сили.
Що таке центрипетальна сила?
Центрипетальна сила - це не сила так само, як сила тяжіння або сила тертя. Центрипетальна сила існує тому, що існує центрипетальне прискорення, але фізична причина цієї сили може змінюватися залежно від конкретної ситуації.
Розглянемо рух Землі навколо Сонця. Незважаючи на те, що швидкість його орбіти є постійною, вона постійно змінює напрямок і тому має прискорення, спрямоване на сонце. Це прискорення повинно бути зумовлене силою, згідно першого та другого законів руху Ньютона. У випадку орбіти Землі силою, що викликає прискорення, є сила тяжіння.
Однак якщо ви розмахуєте м’ячем по струні по колу з постійною швидкістю, сила, що викликає прискорення, різна. У цьому випадку сила є від натягу в струні. Інший приклад - автомобіль, що підтримує постійну швидкість, але повертається по колу. У цьому випадку тертя між колесами автомобіля і дорогою є джерелом сили.
Іншими словами, центрипетальні сили існують, але фізична причина їх залежить від ситуації.
Формула для Центропетальної сили та Центропетального прискорення
Центрипетальне прискорення - це назва прискорення прямо до центру кола при круговому русі. Це визначається:
а = v2 / r
Де v - швидкість об'єкта в лінії, дотичній до кола, і r це радіус кола, по якому він рухається. Подумайте, що було б, якби ви розмахували кулькою, з'єднаною зі струною по колу, але струна зламалася. М'яч відлетів би по прямій лінії зі свого положення на колі в момент розриву струни, і це дає вам уявлення про те, що v означає у наведеному рівнянні.
Оскільки другий закон Ньютона говорить, що сила = маса × прискорення, і у нас є рівняння для прискорення вище, відцентрова сила повинна бути:
Ж = mv2 / r
У цьому рівнянні м відноситься до маси.
Отже, щоб знайти центральну силу, вам потрібно знати масу предмета, радіус кола, по якому він рухається, та його тангенціальну швидкість. Використовуйте рівняння вище, щоб знайти силу на основі цих факторів. Квадрат швидкості, помножте її на масу і потім діліть результат на радіус кола.
Поради
Пошук центрипетальної сили з неповною інформацією
Якщо у вас немає всієї необхідної інформації для рівняння вище, може здатися, що знайти відцентрову силу неможливо. Однак, якщо задуматися над ситуацією, часто можна опрацювати, якою може бути сила.
Наприклад, якщо ви намагаєтеся знайти відцентрову силу, яка діє на планету, яка обертається навколо зірки або місяця, що обертається навколо планети, ви знаєте, що доцентрова сила походить від сили тяжіння. Це означає, що ви можете знайти доцентрову силу без тангенціальної швидкості, використовуючи звичайне рівняння для сили тяжіння:
Ж = Нім1м2 / r2
Де м1 і м2 - це маси, Г - гравітаційна константа, і r це поділ між двома масами.
Для обчислення відцентрової сили без радіуса потрібно або більше інформації (окружність кола, пов'язана з радіусом на С = 2π_r, наприклад) або значення відцентрового прискорення. Якщо ви знаєте відцентрове прискорення, ви можете обчислити відцентрову силу безпосередньо, використовуючи другий закон Ньютона, _F = ма.