Съдържание
- TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
- Какво е центрипетална сила?
- Формула за центрипетална сила и центропетално ускорение
- Съвети
- Намиране на центрипетална сила с непълна информация
Всеки предмет, движещ се в кръг, се ускорява, дори ако скоростта му остава същата. Това може да изглежда контраинтуитивно, защото как можете да имате ускорение без промяна в скоростта? Всъщност, тъй като ускорението е скоростта на промяна на скоростта и скоростта включва скорост и посоката на движение, не е възможно да има кръгово движение без ускорение. По втория закон на Нютон, всяко ускорение (а) е свързан със сила (F) от F = мама, а в случай на кръгово движение въпросната сила се нарича центростремителна сила. Разработването на това е прост процес, но може да се наложи да мислите за ситуацията по различни начини в зависимост от информацията, с която разполагате.
TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
Намерете центростремителната сила по формулата:
F = MV2 / R
Тук, F препраща към силата, m е масата на обекта, V е тангенциалната скорост на обекта и R е радиусът на окръжността, по която се движи. Ако знаете източника на центростремителната сила (гравитация, например), можете да намерите центростремителната сила, използвайки уравнението за тази сила.
Какво е центрипетална сила?
Центрипеталната сила не е сила по същия начин като гравитационната сила или силата на триене. Центрипеталната сила съществува, защото има центростремително ускорение, но физическата причина за тази сила може да варира в зависимост от конкретната ситуация.
Помислете за движението на Земята около слънцето. Въпреки че скоростта на орбитата му е постоянна, тя променя посоката непрекъснато и затова има ускорение, насочено към слънцето. Това ускорение трябва да бъде причинено от сила, според първия и втория закон на движение на Нютон. В случая на земната орбита силата, предизвикваща ускорението, е гравитацията.
Ако обаче замятате топка по струна в кръг с постоянна скорост, силата, предизвикваща ускорението, е различна. В този случай силата е от напрежението в струната. Друг пример е кола, поддържаща постоянна скорост, но завиваща в кръг. В този случай триенето между колелата на автомобила и пътя е източникът на силата.
С други думи, центростремителните сили съществуват, но физическата причина за тях зависи от ситуацията.
Формула за центрипетална сила и центропетално ускорение
Центрипетално ускорение е името за ускорението директно към центъра на окръжността при кръгово движение. Това се определя от:
а = V2 / R
Където V е скоростта на обекта в линията, допирателна към окръжността, и R е радиусът на окръжността, в която се движи. Помислете какво би се случило, ако завъртате топка, свързана с низ в кръг, но низът се скъса. Топката би излетяла по права линия от позицията си на кръга в момента, в който струната се е скъсала и това ви дава представа какво V означава в горното уравнение.
Тъй като вторият закон на Нютон гласи, че сила = маса × ускорение и имаме уравнение за ускорение по-горе, центропеталната сила трябва да бъде:
F = MV2 / R
В това уравнение, m се отнася до масата.
Така че, за да намерите центростремителната сила, трябва да знаете масата на обекта, радиуса на кръга, в който се движи, и неговата тангенциална скорост. Използвайте уравнението по-горе, за да намерите силата въз основа на тези фактори. Квадратирайте скоростта, умножете я по масата и след това разделете резултата по радиуса на кръга.
Съвети
Намиране на центрипетална сила с непълна информация
Ако нямате цялата информация, която ви е необходима за уравнението по-горе, може да изглежда, че намирането на центростремителната сила е невъзможно. Ако обаче мислите за ситуацията, често можете да разберете каква може да бъде силата.
Например, ако се опитвате да намерите центробесната сила, действаща на планета, орбитираща звезда или луна, обикаляща около орбита на планета, знаете, че центробелната сила идва от гравитацията. Това означава, че можете да намерите центростремителната сила без тангенциалната скорост, като използвате обикновеното уравнение за гравитационна сила:
F = Gm1m2 / R2
Където m1 и m2 са ли масите, G е гравитационната константа и R е раздялата между двете маси.
За да изчислите центробелната сила без радиус, трябва или повече информация (обиколката на кръга, свързана с радиус от ° С = 2π_r, например) или стойността за центростремителното ускорение. Ако знаете центростремителното ускорение, можете да изчислите центростремителната сила директно, като използвате втория закон на Нютон, _F = мама.