Centripetalinė jėga apibrėžiama kaip jėga veikia kūną, judantį apskritimu, nukreiptu link centro, aplink kurį juda kūnas. Terminas kilęs iš lotyniškų žodžių centrum "centrui" ir petere, reiškia „ieškoti“.
Centripetalinė jėga gali būti laikoma centrine jėga. Jo kryptis yra stačiakampė (stačiu kampu) kūno judesio link kūno kelio kreivės centro link. Centripetalinė jėga keičia objekto judėjimo kryptį, nekeisdama jo greičiu.
Pagrindiniai išvežami daiktai: Centripetal Force
- Centripetalinė jėga yra jėga kūnui, judančiam ratu, nukreiptu į vidų link taško, aplink kurį juda objektas.
- Jėga priešinga kryptimi, nukreipta į išorę nuo sukimosi centro, vadinama išcentrine jėga.
- Besisukančiam kūnui įcentrinės jėgos ir išcentrinės jėgos yra vienodos pagal dydį, tačiau priešingos krypčiai.
Skirtumas tarp centripetalinės ir išcentrinės jėgos
Centripetalinė jėga nukreipia kūną link sukimosi taško centro, tačiau išcentrinė jėga („bėganti nuo centro jėga“) tolsta nuo centro.
Pagal į Niutono pirmąjį įstatymą, "ramybėje esantis kūnas liks ramybėje, o judantis kūnas išliks judesyje, nebent jis veikiamas išorinės jėgos". Į Kitaip tariant, jei subalansuotos jėgos, veikiančios objektą, objektas judės tolygiu tempu be pagreitis.
Centripetalinė jėga leidžia kūnui eiti žiediniu keliu, nenukrypiant nuo liestinės, nuolat veikiant stačiu kampu. Tokiu būdu jis veikia objektą kaip vieną iš jėgų pagal Niutono pirmąjį įstatymą, taip išlaikydamas objekto inerciją.
Niutono antrasis įstatymas taip pat taikomas Centripetal jėgos reikalavimas, kuris sako, kad jei objektas turi judėti ratu, jį veikianti jėga turi būti į vidų. Niutono Antrasis įstatymas sako, kad pagreitinamas objektas patiria grynąją jėgą, o grynosios jėgos kryptis yra tokia pati kaip pagreičio kryptis. Objektui, judančiam apskritime, turi būti centripetalinė jėga (grynoji jėga), kad būtų galima atstatyti išcentrinę jėgą.
Nejudančio objekto, besisukančio ant besisukančio atskaitos rėmo, atžvilgiu (pvz., Sėdynė ant sūpynės), centripetalis ir išcentrinė pusė yra vienodo dydžio, tačiau priešingos krypčiai. Centripetalinė jėga veikia judantį kūną, o išcentrinė jėga ne. Dėl šios priežasties išcentrinė jėga kartais vadinama „virtualia“ jėga.
Kaip apskaičiuoti centripetalinę jėgą
Matematinį centrotripetalinės jėgos atvaizdą išvedė olandų fizikas Christiaan Huygens 1659 m. Kūnui, einančiam apskritimo keliu pastoviu greičiu, apskritimo spindulys (r) yra lygus kūno masei (m), padaugintam iš kvadrato greičio v) padalijant išcentrine jėga (F):
r = mv2/ F
Lygtį galima pertvarkyti taip, kad būtų išspręsta jėga, nukreipta į šonus:
F = mv2/ r
Svarbus momentas, į kurį turėtumėte atkreipti dėmesį iš lygties, yra tai, kad centripetalinė jėga yra proporcinga greičio kvadratui. Tai reiškia, kad objekto greičiui padvigubinti reikia keturiskart didesnės nei centripetalinė jėgos, kad objektas judėtų ratu. Praktinis to pavyzdys matomas, kai automobiliu einama smarkiai. Čia trintis yra vienintelė jėga, išlaikanti transporto priemonės padangas kelyje. Padidinus greitį smarkiai padidėja jėga, todėl slydimas tampa labiau tikėtinas.
Taip pat atkreipkite dėmesį į tai, kad jėgos skaičiavimas centripetaliu metu daro prielaidą, kad objektas neveikia jokių papildomų jėgų.
Centripetalio pagreičio formulė
Kitas įprastas skaičiavimas yra pagreitis, kurį vykdo centripetalis, tai yra greičio pokytis, padalytas iš laiko pokyčio. Pagreitis yra greičio kvadratas, padalytas iš apskritimo spindulio:
Δv / Δt = a = v2/ r
Centripetalinės jėgos praktiniai pritaikymai
Klasikinis centripetalinės jėgos pavyzdys yra atvejis, kai daiktas yra pasukamas ant virvės. Čia virvės įtempimas tiekia centripetalinę „traukimo“ jėgą.
Centripetalinė jėga yra „stumiamoji“ jėga motociklininko „Wall of Death“ atveju.
Centripetalinė jėga naudojama laboratorinėms centrifugoms. Čia dalelės, suspenduotos skystyje, yra atskirtos nuo skysčio greitinimo vamzdeliais orientuotos taip, kad sunkesnės dalelės (t. y. didesnės masės daiktai) yra traukiamos link vamzdeliai. Nors centrifugavimas paprastai atskiria kietąsias medžiagas nuo skysčių, jie taip pat gali dalinti skysčius, kaip kraujo mėginiuose, arba atskirus dujų komponentus.
Dujų centrifugos yra naudojamos norint atskirti sunkesnįjį izotopą uraną-238 nuo lengvojo izotopo urano-235. Sunkesnis izotopas atkreipiamas į besisukančio cilindro išorę. Sunkioji frakcija supilama ir siunčiama į kitą centrifugą. Procesas kartojamas tol, kol dujos yra pakankamai „praturtintos“.
Skystųjų veidrodžių teleskopas (LMT) gali būti pagamintas sukant atšvaitą skystas metalas, tokių kaip gyvsidabris. Veidrodžio paviršius įgauna paraboloidinę formą, nes centripetalinė jėga priklauso nuo greičio kvadrato. Dėl to verpimo skysto metalo aukštis yra proporcingas jo atstumo nuo centro kvadratui. Įdomią formą, kurią įgauna verpimo skysčiai, galima pastebėti sukant vandens kibirą pastoviu greičiu.