Ce Sunt Forțele Centrifugale Și Centripete?

{h1}

Aceste două forțe strâns legate descriu mișcarea circulară, dar sensurile sunt deseori amestecate.

Forța centrifugă este omniprezentă în viața noastră de zi cu zi. O experimentăm când rotunjim un colț într-o mașină sau când un avion se întoarce într-un viraj. O vedem în ciclul de centrifugare al unei mașini de spălat sau când copiii călăresc pe un pas fericit. Într-o zi poate oferi chiar o gravitate artificială navelor spațiale și stațiilor spațiale.

Unii oameni confundă forța centrifugă cu contrapartida sa, forța centripetă, pentru că sunt atât de strâns legate. S-ar putea spune că sunt două fețe ale aceleiași monede. Forța centripetă este definită ca „Componenta forței care acționează asupra unui corp în mișcare curbilină care este îndreptată spre centrul curburii sau axei de rotație”, în timp ce forța centrifugă este definită ca „Forța aparentă, egală și opusă centripetului forță, atragând un corp care se rotește departe de centrul de rotație, cauzat de inerția corpului ", potrivit Dicționarului Patrimoniului American.

Rețineți că, deși forța centripetă este o forță reală, forța centrifugă este definită ca o aparent forta. Cu alte cuvinte, când rotiți o masă pe o sfoară, șirul exercită o forță centripetă interioară asupra masei, în timp ce masa apare pentru a exercita o forță exterioară asupra corzii.

"Diferența dintre forța centripetă și cea centrifugă are legătură cu diferite" cadre de referință ", adică cu diferite puncte de vedere din care măsori ceva", potrivit lui Andrew A. Ganse, fizician de cercetare la Universitatea din Washington. Dacă observați un sistem rotativ din exterior, vedeți o forță centripetă interioară care acționează pentru a constrânge corpul rotativ la o cale circulară. Cu toate acestea, dacă faci parte din sistemul rotativ, simți o forță aparentă centrifugă care te îndepărtează de centrul cercului, chiar dacă ceea ce simți de fapt este forța centripetă din interior care te împiedică să pleci literalmente pe o tangentă..

Această forță aparentă de exterior este descrisă de Legile mișcării lui Newton. Prima lege a lui Newton afirmă că „Un corp în repaus va rămâne în repaus și un corp în mișcare va rămâne în mișcare, dacă nu este acționat de o forță externă”. Dacă un corp masiv se deplasează prin spațiu într-o linie dreaptă, inerția acestuia îl va determina să continue în linie dreaptă, decât dacă o forță exterioară îl determină să accelereze, să încetinească sau să schimbe direcția. Pentru ca acesta să urmeze o cale circulară fără a schimba viteza, trebuie aplicată continuu o forță centripetă continuă într-un unghi drept față de calea sa. Raza r din acest cerc este egal cu masa m ori de pătratul vitezei v împărțit de forța centripetă F, sau r = mv2/F. Forța poate fi calculată prin simpla rearanjare a ecuației, F= mv2/r.

Forța centripetă este atragerea în căutare a unui obiect. Forța centrifugă este opusă; pare să tragă obiectele departe de centrul sau axa de rotație.

Forța centripetă este atragerea în căutare a unui obiect. Forța centrifugă este opusă; pare să tragă obiectele departe de centrul sau axa de rotație.

Există multe aplicații care exploatează forța centripetă. Unul este acela de a simula accelerarea unei lansări în spațiu pentru antrenamentul astronauților. Când o rachetă este lansată prima dată, este atât de încărcată cu combustibil și oxidant, încât abia se poate mișca. Cu toate acestea, pe măsură ce urcă, arde combustibil într-un ritm extraordinar, pierzând continuu masa. A doua lege a lui Newton afirmă că forța este egală cu accelerarea în timp a masei sau F = ma.

În majoritatea situațiilor, masa rămâne constantă. Cu o rachetă, cu toate acestea, masa sa se schimbă drastic, în timp ce forța, în acest caz, tracțiunea motoarelor rachetelor, rămâne aproape constantă. Acest lucru face ca accelerația spre sfârșitul fazei de impuls să crească de mai multe ori decât cea a gravitației normale. NASA utilizează centrifuge mari pentru a testa astronauții și a le pregăti pentru această accelerație extremă. În această aplicație, forța centripetă este asigurată de spătarul scaunului împingând spre interior pe astronaut.

O altă aplicație pentru forța centripetă este centrifuga de laborator, care este utilizată pentru a accelera precipitația particulelor suspendate în lichid. O utilizare obișnuită a acestei tehnologii este pentru fracționarea probelor de sânge. Potrivit site-ului web Experimental Biosciences de la Universitatea Rice, „Structura unică a sângelui face foarte ușoară separarea globulelor roșii de plasmă și de celelalte elemente formate prin centrifugare diferențială”. Sub forța normală a gravitației, mișcarea termică determină amestecarea continuă, care împiedică celulele sanguine să se stabilească dintr-o probă de sânge întreg. Cu toate acestea, o centrifugă tipică poate realiza accelerații care sunt de 600 până la 2.000 de ori mai mari decât cele ale gravitației normale. Acest lucru obligă globulele roșii grele să se așeze în partea de jos și stratifică celelalte componente diferite în straturi în funcție de densitatea lor.

Centrifuge cu gaz de mare viteză pot fi, de asemenea, folosite pentru a separa izotopul uraniu-235 mai ușor și mai rar de uraniul mai greu și mult mai comun-238. O pulbere de oxid de uraniu numită tort galben (U3O8) este transformat pentru prima dată în gaz hexafluorură de uraniu (UF)6) și a fost conectat într-un cilindru de filare. Cel mai greu U-238 este forțat către exterior, în timp ce bricheta U-235 se deplasează spre interior, unde cilindrul este tapetat și gazul este racordat la următoarea centrifugă din tablou pentru o îmbogățire ulterioară. Este nevoie de mai mulți pași pentru îmbogățirea gazului la doar 3 până la 5 la sută U-235, ceea ce este necesar pentru alimentarea centralelor nucleare și sunt necesare multe alte etape pentru a produce uraniu de înaltă calitate îmbogățit cu arme, care este peste 90% U-235 pur.

Potrivit site-ului web HyperPhysics, al Universității de Stat din Georgia, această forță aparentă centrifugă depinde de masa obiectului rotit, de două ori pătratul său de viteza unghiulară, adică de rata de rotație, divizată la distanța sa de centrul de rotație. Aceasta este exprimată ca: F = mv2/r. Acest lucru dă naștere la un fenomen interesant. Când un recipient umplut cu un lichid este rotit în ritm constant, lichidul se deplasează spre exteriorul containerului împotriva forței de gravitație care se trage în jos pe lichidul încercând să-l aplatizeze. Viteza unghiulară crește liniar cu cât ajungeți mai departe de centru. Cu toate acestea, deoarece forța efectivă efectivă depinde de pătrat a vitezei unghiulare, înălțimea lichidului este proporțională cu pătratul distanței de centru. Din acest motiv, suprafața capătă forma unui paraboloid, care se întâmplă să fie forma ideală pentru o oglindă telescopică. Distanța focală a oglinzii este determinată de rata de rotație și poate fi calculată ca f = g/ω2, Unde f este distanța focală, g este accelerația gravitației și ω este viteza de rotație a radianilor pe secundă (2π radiani este egală cu un cerc complet).

Acesta este principiul din spatele unui telescop cu oglindă lichidă (LMT). LMT-urile folosesc un metal lichid reflectant (de obicei mercur) care este rotit astfel încât să formeze o suprafață de reflectare parabolică. Pentru a economisi greutate și costuri, vasul care conține mercur este aproape de forma parabolică dorită, astfel încât este nevoie doar de un strat subțire de metal lichid. Avantajul acestui sistem este că evită costurile de turnare, șlefuire, lustruire și acoperire a unei oglinzi solide. Dezavantajul este că LMT-urile mari pot privi doar în sus și pot scana cerul pe măsură ce pământul se transformă. În schimb, LMT-uri mai mici, cu diametre de oglindă de câțiva centimetri, pot folosi oglinzi plane pe calea optică pentru a arăta în orice direcție.

Potrivit lui Ganse, „forța centripetă și forța centrifugală sunt într-adevăr aceeași forță, exact în direcții opuse, deoarece sunt experimentate din diferite cadre de referință”. Aceasta ne aduce la a treia lege a lui Newton, care afirmă: „Pentru fiecare acțiune, există o reacție egală și opusă”. La fel cum gravitația vă determină să exercitați o forță pe pământ, pământul pare să exercite o forță egală și opusă pe picioare. Atunci când vă aflați într-o mașină care accelerează, scaunul exercită o forță înainte asupra dvs. la fel cum vi se pare că exercită o forță înapoi pe scaun. În cazul unui sistem rotativ, forța centripetă trage masa spre interior pentru a urma o cale curbă, în timp ce masa pare să se împingă spre exterior datorită inerției sale. Cu toate acestea, în fiecare dintre aceste cazuri, există o singură forță reală aplicată, în timp ce celălalt este doar o forță aparentă.

Resurse aditionale

  • HyperPhysics: Forța centripetă
  • Sala de fizică: mișcare circulară, satelit și rotativă






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


Confinarea Solitară: Care Sunt Efectele Celor 43 De Ani De Izolare?
Confinarea Solitară: Care Sunt Efectele Celor 43 De Ani De Izolare?

În Scanările Creierului, Muzica Este Un Limbaj Universal
În Scanările Creierului, Muzica Este Un Limbaj Universal

Un Avion De Marfă Rusesc Tocmai A Aruncat 3 Tone De Aur Peste Siberia
Un Avion De Marfă Rusesc Tocmai A Aruncat 3 Tone De Aur Peste Siberia

Grila Știință: Cum Să Faci Acest 4 Iulie Cel Mai Tare
Grila Știință: Cum Să Faci Acest 4 Iulie Cel Mai Tare

Tatuajele Cu Henna Neagră Pot Provoca Reacții Severe Ale Pielii, Arată Cazuri
Tatuajele Cu Henna Neagră Pot Provoca Reacții Severe Ale Pielii, Arată Cazuri


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RO.WordsSideKick.com