Идея Ньютона о центростремительной силе соответствует тому, что сейчас называется центральной силой. Когда спутник вращается вокруг планеты, гравитация считается центростремительной силой, хотя на эксцентрических орбитах гравитация направлена к фокальной точке, а не к мгновенному центру кривизны.
- Когда объект пребывает в равномерном круговом перемещении, то постоянно меняет направление и ускоряется (угловое ускорение).
- Сила, влияющая на объект в равномерном круговом движении, воздействует из центра.
- Центростремительный – направляется к центру.
- Угловая скорость – векторная величина, характеризующая объект в круговом перемещении. Приравнивается к скорости частички, а направление расположено перпендикулярно плоскости кругового движения.
Центростремительная сила заставляет объект двигаться по кривой траектории. Самый яркий пример — равномерное круговое движение. Это можно наблюдать на орбите спутников Земли или в петлях американских горок.
Мы уже знаем, что любое изменение скорости называется ускорением. Когда тело движется по круговой траектории, оно постоянно меняет направление, поэтому на него действует постоянная сила. Он действует в направлении центра кривизны и оси вращения. Объект движется перпендикулярно силе, поэтому считается, что его путь круговой.
Когда объект движется с постоянной скоростью по круговой траектории, на него действует центростремительная сила. Эта сила ускоряет его по направлению к центру.
Уравнение выглядит следующим образом:
(Fc— Центростремительная сила, v — скорость, m — масса, r — радиус перемещения).
Второй закон Ньютона (F = ma) показывает, что центростремительное ускорение имеет вид:
Центростремительная сила также может быть выражена в терминах угловой скорости (скорость движения тела по круговой траектории):
Центростремительная и центробежная силы
Буквально, эти силы как бы направлены определенным образом к центру — точке, равноудаленной от всех точек на пути движущегося тела. В двумерном пространстве (на плоскости) такая орбита является окружностью, а в трехмерном пространстве — окружностью, образованной пересечением поверхности сферы с плоскостью, которая в общем случае не проходит через ее центр. Все остальные орбиты не являются центрированными в этом смысле, и поэтому использование центростремительных и центробежных сил не оправдано и приводит к многочисленным недоразумениям и заблуждениям относительно тел, движущихся по некруговым орбитам.
Центростремительная сила — это сила, действующая на некоторые звенья, которая ограничивает свободу движения тела и заставляет его вращаться вокруг центра вращения. Природа связей может быть произвольной до тех пор, пока они обладают свойством увеличивать потенциальную энергию системы тело-связь с увеличением длины.
Реальной является только сила реакции связи. Центростремительная сила, как и центробежная сила, как самостоятельная сила не существует и является лишь результатом формального разложения реальной силы на две составляющие.
Для тела в постоянном движении (вращении) центростремительная сила совпадает с силой, представляющей реакцию связи; она направлена перпендикулярно вектору скорости, работа не совершается, кинетическая энергия тела не изменяется, и это движение может продолжаться бесконечно.
При переходном движении по кривой (например, при вращении кленового дерева) траектория тела спиральная, а центростремительная сила, которая по определению перпендикулярна касательной к траектории, направлена к мгновенному центру вращения и является результатом типичного разложения реальной силы реакции сцепления на две силы. Тангенциальная составляющая силы реакции сцепления, которая приводит к изменению кинетической энергии тела (в случае ускорения) или к уменьшению (в случае замедления), выполняет определенную функцию. Она происходит периодически во вселенском пространстве во время движения небесных тел по эллиптическим орбитам Кеплера вокруг общего центра тяжести.
Центробежная сила — это сила, действующая со стороны вращающегося тела на звенья, которые вызывают это вращение. По модулю она равна центростремительной силе и всегда направлена в противоположную сторону (третий закон Ньютона). Термин центробежная сила (буквально: центробежная сила) относится не к звеньям, а к вращающемуся телу как объекту ее действия. Сила, действующая на вращающееся или вращающееся материальное тело, заставляющая его удаляться от мгновенного центра вращения) — это эвфемизм, основанный на неверной интерпретации первого закона Ньютона (принципа Ньютона) 1 в форме :
Любое тело сопротивляется изменению своего состояния покоя или равномерного прямолинейного движения под действием внешней силы.
Любое тело стремится сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока не действует внешняя сила.
Отголоском этой традиции является идея силы как материального агента, который реализует это сопротивление или импульс. Существование такой силы было бы уместно, например, если бы движущееся тело сохраняло свою скорость, несмотря на действующие силы, но это не так. 3
Литература
- Ньютон И. Математические начала натуральной философии. Пер. и прим. А. Н. Крылова. М.: Наука, 1989
- С. Э. Хайкин. Силы инерции и невесомость. М.: «Наука», 1967 г.
- Фриш С. А. и Тиморева А. В. Курс общей физики, Учебник для физико-математических и физико-технических факультетов государственных университетов, Том I. М.: ГИТТЛ, 1957
- «Центробежная сила» в Большой советской энциклопедии
- ↑ Ньютон И. Математические начала натуральной философии. Пер. и прим. А. Н. Крылова. М.: Наука, 1989
- ↑ Ключевым в этой формулировке является утверждение о наличии у предметов материального мира неких волевых качеств, что было в начале формирования научных представлений об окружающем мире весьма распространённым способом обобщения результатов наблюдения за явлениями природы и выяснения свойственных ей общих закономерностей. Примером такого анималистического представления о природе являлся бытовавший в натурфилософии принцип: «Природа боится пустоты», от которого пришлось отказаться после эксперимента Торричелли (Торричеллиева пустота)
- ↑ В связи с этим Максвелл заметил, что, с таким же успехом можно было бы сказать, что кофе сопротивляется тому, чтобы стать сладким апеллируя к тому, что оно становится сладким не само по себе, а лишь после того, что в него положен сахар.
- ↑ Ньютон И. Математические начала натуральной философии. Пер. и прим. А. Н. Крылова. М.: Наука, 1989
- ↑ 1 2 С. Э. Хайкин. Силы инерции и невесомость. М.: «Наука», 1967 г.
- ↑ При этом в каждый малый момент времени каждое из тел будет приближаться к центру на такое расстояние, какое равно разности расстояний между его траекторией и касательной в точке наблюдения. Иными словами, тела падают друг на друга, но всегда промахиваются.
Фонд Викимедиа. 2010 .
Примеры центробежной и центростремительной силы
Если взять камень, привязать к нему веревку, а затем начать вращать веревку над головой, то возникнет центростремительная сила. Это действует через веревку на камень и не дает ему улететь дальше, чем на длину самой веревки, что было бы при обычном броске. Центробежная сила действует в противоположном направлении. Она количественно равна и направлена в противоположную сторону от центростремительной силы. Эта сила тем больше, чем массивнее тело, движущееся по замкнутой орбите.
Известно, что Луна вращается вокруг Земли по круговой траектории. Гравитационная сила между Землей и Луной является результатом действия центростремительной силы. Центробежная сила в этом случае является виртуальной и не существует в действительности. Это вытекает из третьего закона движения Ньютона. Однако, несмотря на свой абстрактный характер, центробежная сила играет очень важную роль во взаимодействии двух небесных тел. Благодаря ей Земля и ее спутник не удаляются друг от друга и не приближаются друг к другу, а движутся по постоянным орбитам. Без центробежной силы они бы давно столкнулись. 1.
Заключение
1. если центростремительная сила направлена к центру круга, то центробежная сила действует в противоположном направлении.
2. центробежную силу часто называют инерционной силой или кажущейся силой.
3. центробежная сила всегда равна по величине и противоположна центростремительной силе.
5. слово «центростремительный» происходит от латинских слов. Centrum» означает «центр», а «petere» — «искать». Слово «центробежный» происходит от латинских слов «centrum» и «fugere», что означает «бежать».
- Что такое траектория
- Как работает закон притяжения
- Как найти радиус кривизны траектории
- Как определить импульс тела
- Как найти изменение импульса
- Как найти тангенциальное ускорение
- Как определить силу тяжести
- Что такое ускорение
- Что такое вращательное движение
- Как рабоатет тиристор
- Что такое колебательные движения
- Как найти нормальное ускорение
- Как действует автогипноз
- Как найти силу притяжения
- Что такое импульс
- Как работает новая система определения голов
- Какие перегрузки испытывает космонавт
- В чем разница между штурмом Белого Дома 1993 и Майданом 2014
- Работа закона “не притяжения”
- Как вывести момент инерции
- Как найти момент инерции относительно оси
- Что такое гидравлика и как она работает
- Нивелир – устройство для измерения разницы высот
Практическое применение центростремительной силы
Классическим примером центростремительной силы является предмет, висящий на веревке. Здесь натяжение веревки создает центростремительную силу «притяжения».
Центростремительная сила является «толкающей» силой в случае со стеной смерти мотоциклиста.
Центростремительная сила используется для лабораторных центрифуг. Здесь частицы, взвешенные в жидкости, отделяются от нее с помощью ускоряющих трубок, которые ориентированы таким образом, что более тяжелые частицы (т.е. объекты с большей массой) притягиваются ко дну трубок. Хотя центрифуги обычно отделяют твердые вещества от жидкостей, они также могут отделять жидкости, например, образцы крови, или отдельные компоненты газов.
Газовые центрифуги используются для отделения более тяжелого изотопа урана-238 от более легкого изотопа урана-235. Более тяжелый изотоп извлекается из вращающегося цилиндра. Более тяжелая фракция отбирается и подается в другую центрифугу. Процесс повторяется до тех пор, пока газ не будет достаточно обогащен.
Телескоп с жидким зеркалом (LMT) может быть построен путем вращения отражающего жидкого металла, например, ртути. Поверхность зеркала имеет форму параболоида, потому что центростремительная сила зависит от квадрата скорости. Поэтому высота вращающегося жидкого металла пропорциональна квадрату его расстояния от центра. Интересную форму, которую принимает вращающаяся жидкость, можно наблюдать, вращая ведро с водой с постоянной скоростью.
