Η κεντρομόλος δύναμη ορίζεται ως η δύναμη ενεργώντας σε ένα σώμα που κινείται σε ένα κυκλικό μονοπάτι που κατευθύνεται προς το κέντρο γύρω από το οποίο κινείται το σώμα. Ο όρος προέρχεται από τις λατινικές λέξεις κέντρο για "κέντρο" και " petere, που σημαίνει "να αναζητήσουν".
Η κεντροκεντρική δύναμη μπορεί να θεωρηθεί ως η κεντρική δύναμη. Η κατεύθυνσή του είναι ορθογώνια (σε ορθή γωνία) με την κίνηση του σώματος προς την κατεύθυνση προς το κέντρο της καμπυλότητας της διαδρομής του σώματος. Η κεντρομόλος δύναμη αλλάζει την κατεύθυνση της κίνησης ενός αντικειμένου χωρίς να αλλάζει Ταχύτητα.
Λέξεις κλειδιά: Κεντρομόλος Δύναμη
- Η κεντρομόλος δύναμη είναι η δύναμη σε ένα σώμα που κινείται σε έναν κύκλο που δείχνει προς τα μέσα προς το σημείο γύρω από το οποίο κινείται το αντικείμενο.
- Η δύναμη προς την αντίθετη κατεύθυνση, που δείχνει προς τα έξω από το κέντρο περιστροφής, ονομάζεται φυγοκεντρική δύναμη.
- Για ένα περιστρεφόμενο σώμα, οι κεντρομόνες και οι φυγόκεντρες δυνάμεις είναι ίσες σε μέγεθος, αλλά αντίθετες στην κατεύθυνση.
Διαφορά μεταξύ Centrieta και φυγόκεντρης δύναμης
Ενώ η κεντρομόνη δύναμη δρα για να τραβήξει ένα σώμα προς το κέντρο του σημείου περιστροφής, η φυγόκεντρη δύναμη ("κεντρική φυγή" δύναμη) απομακρύνεται από το κέντρο.
Σύμφωνα με στον πρώτο νόμο του Νεύτωνα, "ένα σώμα σε ηρεμία θα παραμείνει σε ηρεμία, ενώ ένα σώμα σε κίνηση θα παραμείνει εν κινήσει αν δεν ενεργήσει με εξωτερική δύναμη". Σε άλλες λέξεις, αν οι δυνάμεις που δρουν πάνω σε ένα αντικείμενο είναι ισορροπημένες, το αντικείμενο θα συνεχίσει να κινείται με σταθερό ρυθμό χωρίς επιτάχυνση.
Η κεντρομόλος δύναμη επιτρέπει σε ένα σώμα να ακολουθήσει μια κυκλική πορεία χωρίς να πετάξει μακριά σε μια εφαπτόμενη με συνεχή δράση σε μια ορθή γωνία με τη διαδρομή του. Με αυτό τον τρόπο, ενεργεί πάνω στο αντικείμενο ως μια από τις δυνάμεις του Πρώτου Νόμου του Νεύτωνα, διατηρώντας έτσι την αδράνεια του αντικειμένου.
Ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα ισχύει και στην περίπτωση του απαίτηση centripetal force, που λέει ότι αν ένα αντικείμενο πρόκειται να κινηθεί σε έναν κύκλο, η καθαρή δύναμη που ασκείται επάνω του πρέπει να είναι προς τα μέσα. Ο Δεύτερος Νόμος του Νεύτωνα λέει ότι ένα επιταχυνόμενο αντικείμενο υφίσταται μια καθαρή δύναμη, με την κατεύθυνση της δύναμης του δικτύου να είναι η ίδια με την κατεύθυνση της επιτάχυνσης. Για ένα αντικείμενο που κινείται σε έναν κύκλο, πρέπει να υπάρχει η κεντρομόλος δύναμη (η καθαρή δύναμη) για την αντιμετώπιση της φυγόκεντρης δύναμης.
Από την άποψη ενός ακίνητου αντικειμένου επί του περιστρεφόμενου πλαισίου αναφοράς (π.χ., κάθισμα σε κούνια), το κεντρομόλο και το φυγόκεντρο είναι ίσο σε μέγεθος αλλά αντίθετο προς την κατεύθυνση. Η κεντρομόλος δύναμη ενεργεί στο σώμα σε κίνηση, ενώ η φυγόκεντρη δύναμη δεν το κάνει. Για το λόγο αυτό, η φυγόκεντρη δύναμη καλείται μερικές φορές μια "εικονική" δύναμη.
Πώς να υπολογίσετε την κεντρομόλο δύναμη
Η μαθηματική αναπαράσταση της κεντρομόλου δύναμης προήλθε από τον ολλανδό φυσικό Christiaan Huygens το 1659. Για ένα σώμα που ακολουθεί μια κυκλική διαδρομή με σταθερή ταχύτητα, η ακτίνα του κύκλου (r) ισούται με τη μάζα του σώματος (m) κατά το τετράγωνο την ταχύτητα (v) διαιρούμενο με την κεντρομόλο δύναμη (F):
r = mv2/ΦΑ
Η εξίσωση μπορεί να αναδιαταχθεί για να επιλύσει την κεντρομόλη δύναμη:
F = mv2/ r
Ένα σημαντικό σημείο που πρέπει να σημειώσετε από την εξίσωση είναι ότι η κεντρομόλος δύναμη είναι ανάλογη προς το τετράγωνο της ταχύτητας. Αυτό σημαίνει ότι ο διπλασιασμός της ταχύτητας ενός αντικειμένου χρειάζεται τέσσερις φορές την κεντρομόλο δύναμη για να κρατήσει το αντικείμενο να κινείται σε έναν κύκλο. Ένα πρακτικό παράδειγμα αυτού παρατηρείται όταν λαμβάνετε μια αιχμηρή καμπύλη με ένα αυτοκίνητο. Εδώ, η τριβή είναι η μόνη δύναμη που κρατά τα ελαστικά του οχήματος στο δρόμο. Η αυξανόμενη ταχύτητα αυξάνει σημαντικά τη δύναμη, οπότε γίνεται πιο πιθανή μια ολίσθηση.
Επίσης, σημειώστε ότι ο υπολογισμός της κεντρομόλου δύναμης υποθέτει ότι δεν ασκούνται επιπρόσθετες δυνάμεις στο αντικείμενο.
Φυσικός τύπος επιτάχυνσης
Ένας άλλος κοινός υπολογισμός είναι η κεντρομόνη επιτάχυνση, η οποία είναι η μεταβολή της ταχύτητας που διαιρείται με την αλλαγή του χρόνου. Η επιτάχυνση είναι το τετράγωνο της ταχύτητας διαιρούμενο με την ακτίνα του κύκλου:
Δv / Δt = α = ν2/ r
Πρακτικές εφαρμογές της Κεντρομόλου Δύναμης
Το κλασικό παράδειγμα της κεντρομόλου δύναμης είναι η περίπτωση ενός αντικειμένου που μετατοπίζεται σε ένα σχοινί. Εδώ, η τάση στο σχοινί παρέχει την κεντρομόνη δύναμη "έλξης".
Η κεντρομόλος δύναμη είναι η δύναμη "ώθησης" στην περίπτωση ενός αναβάτη μοτοσικλετών Wall of Death.
Η κεντρομόλος δύναμη χρησιμοποιείται για φυγοκεντρικές εργαστηρίου. Εδώ, τα σωματίδια που αιωρούνται σε ένα υγρό διαχωρίζονται από το υγρό με επιταχυνόμενους σωλήνες έτσι ώστε τα βαρύτερα σωματίδια (δηλ. αντικείμενα υψηλότερης μάζας) να τραβιούνται προς τον πυθμένα του σωλήνες. Ενώ οι φυγοκεντρητές συνήθως διαχωρίζουν τα στερεά από τα υγρά, μπορούν επίσης να κλασματοποιήσουν τα υγρά όπως στα δείγματα αίματος ή ξεχωριστά συστατικά των αερίων.
Φυγοκεντρητές αερίου χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό του βαρύτερου ισότοπου ουρανίου-238 από το ελαφρύτερο ισότοπο ουράνιο-235. Το βαρύτερο ισότοπο τραβιέται προς το εξωτερικό του περιστρεφόμενου κυλίνδρου. Το βαρύ κλάσμα βυθίζεται και αποστέλλεται σε άλλη φυγόκεντρο. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρις ότου το αέριο είναι επαρκώς "εμπλουτισμένο".
Ένα υγρό τηλεσκόπιο (LMT) μπορεί να γίνει με περιστροφή ενός ανακλαστικού υγρό μέταλλο, όπως ο υδράργυρος. Η επιφάνεια του καθρέφτη παίρνει ένα παραβολικό σχήμα επειδή η κεντρομόλος δύναμη εξαρτάται από το τετράγωνο της ταχύτητας. Εξαιτίας αυτού, το ύψος του κλωστικού υγρού μετάλλου είναι ανάλογο του τετραγώνου της απόστασης από το κέντρο. Το ενδιαφέρον σχήμα που λαμβάνεται από τα περιστρεφόμενα υγρά μπορεί να παρατηρηθεί με την περιστροφή ενός κάδου νερού με σταθερό ρυθμό.