Wzory siły odśrodkowej, jak obliczone, przykłady, ćwiczenia

siła odśrodkowa ma tendencję do wypychania ciał, które zwracają się na zakręt. Jest uważany za jeden fikcyjna siła, Pseudofuerza albo siła bezwładności, ponieważ nie jest to spowodowane interakcjami między rzeczywnymi obiektami, ale jest manifestacją bezwładność ciał. Bezwładność jest właściwością, która sprawia, że ​​przedmioty chcą zachować odpoczynek lub jednolity ruch prostoliniowy, jeśli ją mają.

Termin „siła odśrodkowa” został wymyślony przez naukowca Christian Huygens (1629-1695). Stwierdził, że ruch krzywiakowy planet miałby tendencję do odejścia, chyba że słońce wywiera jakąś siłę, aby je zachować, i obliczy, że siła ta była proporcjonalna do kwadratu prędkości i odwrotnie proporcjonalnie do promienia opisanego obwodu obwodu.

Rysunek 1. Podając krzywą, pasażerowie doświadczają siły, która ma z niej wyciąganie. Źródło: Libreshot.

Dla tych, którzy podróżują samochodem, siła odśrodkowa wcale nie jest fikcyjna. Pasażerowie samochodu, który skręca w prawo odczuwa się w lewo, i odwrotnie, gdy samochód skręca w lewo, ludzie doświadczają siły w prawo, co wydaje się chcieć odejść od środka krzywej.

Wielkość siły odśrodkowej F_G Jest to obliczane na podstawie następującego wyrażenia:

 Gdzie:

-F_G Jest to wielkość siły odśrodkowej

-M Jest to masa obiektu

-v To prędkość

-R Jest to promień zakrzywionej trajektorii.

Siła jest wektorem, dlatego odróżnia go odróżnienie go od wielkości, która jest skalar.

Zawsze musisz pamiętać, że F_G pojawia się tylko wtedy, gdy ruch jest opisywany przy użyciu przyspieszonego systemu odniesienia.

W przykładzie opisanym na początku trasa obracająca się przyspieszenie dośrodkowe, abym mógł się odwrócić.

[TOC]

Jak obliczana jest siła odśrodkowa?

Wybór systemu odniesienia ma zasadnicze znaczenie dla uznania ruchu. Przyspieszony system referencyjny jest również znany jako system nieinertowy.

W tego typu systemie, podobnie jak samochód, który się obraca, pojawiają się siły fikcyjne, takie jak siła odśrodkowa, której pochodzenie nie jest prawdziwą interakcją między obiektami. Pasażer nie mógł powiedzieć, co wypycha go z krzywej, może tylko potwierdzić, co się dzieje.

Z drugiej strony, w bezwładnym systemie odniesienia, interakcje są podawane między rzeczywistymi obiektami, takimi jak ciało w ruchu i ziemi, co powoduje wagę lub między ciałem a powierzchnią, na której się porusza, które pochodzą z tarcia i tarcie normalna.

Obserwator stojący na skraju drogi i który widzi samochód, który nadaje krzywą, jest dobrym przykładem bezwładnościowego systemu odniesienia. Dla tego obserwatora samochód obraca się, ponieważ działa siłą skierowaną w kierunku środka krzywej, która zmusza go do nie wydostania się. Chodzi o siła dośrodkowa wytwarzana przez tarcie między oponami a nawierzchnią.

W bezwładnym systemie odniesienia siła odśrodkowa nie pojawia się. Dlatego pierwszym krokiem do obliczenia jest dokładne wybór systemu odniesienia, który zostanie użyty do opisania ruchu.

Może ci służyć: wrażliwe ciepło: koncepcja, formuły i ćwiczenia rozwiązane

Na koniec należy zauważyć, że bezwładne systemy odniesienia niekoniecznie powinny być w spoczynku, takie jak obserwator, który patrzy na pojazd, aby podać krzywą. Bezwładny system odniesienia, znany jako Ramy referencyjne laboratoryjne, Może być również w ruchu. Oczywiście, przy stałej prędkości w odniesieniu do bezwładności.

Schemat wolnego ciała w układzie bezwładnym i nieinciastycznym

W następnej figurze po lewej stronie obserwator lub stoi i patrzy na O ', który jest na platformie, która obraca się w wskazanym kierunku. Dla O, która jest z pewnością lub „utrzymuje się” przez obracanie się z powodu siły dośrodkowej F_C wyprodukowane przez ścianę siatki z tyłu O '.

Rysunek 2. Osoba stojąca na obracającej się platformie jest widoczna z dwóch różnych systemów odniesienia: jeden ustalony, a jeden, który pasuje do osoby. Źródło: Santillana Physics.

Tylko w bezwładnych systemach referencyjnych ważne jest zastosowanie drugiego prawa Newtona, które stwierdza, że ​​siła netto równa się produktowi masy przez przyspieszenie. W ten sposób, przy pokazanym schemacie wolnego ciała, jest uzyskiwany:

F_C = Ma_C

F_C= mv² / R

Podobnie, na prawej figurze istnieje również schemat wolnego ciała, który opisuje to, co widzi obserwator lub '. Z jego punktu widzenia jest w spoczynku, dlatego siły na nim są zrównoważone.

Te siły są: normalne F, że ściana na nią wywiera, na czerwono i skierowana w kierunku środka i siły odśrodkowej F_G To wypycha i który nie wynika z jakiejkolwiek interakcji, jest to siła nie-aorialna, która pojawia się w systemach referencyjnych w rotacji.

Siła odśrodkowa jest fikcyjna, jest zrównoważona siłą rzeczywistą, kontaktem lub siłą normalną, która wskazuje na środek. Dlatego:

∑f_X = 0 → F_G - F = 0

F_G = F

Przykłady

Chociaż siła odśrodkowa jest uważana za pseudo -grzywną, jej efekty są dość realne, jak można zobaczyć w następujących przykładach:

- W każdej rotacyjnej grze w parku rozrywki obecna jest siła odśrodkowa. Dbnie, aby „uciekamy od centrum” i oferuje stały opór, jeśli spróbujesz iść w kierunku środka ruchomej karuzeli. W poniższym wahadła można zobaczyć siłę odśrodkową:

Może ci służyć: Eugen Goldstein: Biografia, wkład i odkrycia

https: // giphy.com/gifs/jtu3pnmkqomqdujwmo

- Efekt Coriolisa wynika z obrotu naziemnego, który powoduje, że Ziemia przestaje być ramą bezwładnościową. Potem pojawia się siła Coriolis, że pseudo siła, która bocznie kieruje obiekty, jak w przypadku ludzi, którzy próbują chodzić po obracającej się platformie.

https: // giphy.com/gifs/the-x-files-sully-mulder-funlgylkhobs

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Samochód, który obraca się z przyspieszeniem DO Po prawej nosi nadziewaną zabawkę zwisającą z wewnętrznego lusterka wstecznego. Narysuj i porównaj zabawki bez zabawek z:

a) bezwładne ramy odniesienia obserwatora stojącego na drodze.

b) pasażer podróżujący samochodem.

Rozwiązanie

Obserwator stojący na drodze ostrzega, że ​​zabawka porusza się szybko, z przyspieszeniem DO w prawo.

Rysunek 3. Darmowy schemat ciała do ćwiczeń 1a. Źródło: f. Zapata.

Na zabawce działają dwie siły: z jednej strony napięcie w linie T i ciężar pionowy W. Waga jest zrównoważona z pionowym składnikiem napięcia Tcosθ, W związku z tym:

W - tcosθ = 0

Poziomy składnik napięcia: T. Senθ Jest to niezrównoważona siła odpowiedzialna za przyspieszenie po prawej, dlatego siła dośrodkowa jest:

F_C= T.Senθ = Ma_C

Rozwiązanie b

Dla pasażera w samochodzie zabawka wisi w równowadze, a schemat jest następujący:

Rysunek 4. Darmowy schemat ciała do ćwiczeń 1b. Źródło: f. Zapata.

Podobnie jak w poprzednim przypadku, waga i pionowy składnik napięcia są kompensowane. Ale składnik poziomy jest zrównoważony fikcyjną siłą F_G = Ma, aby:

-Ma + tsenθ = 0

F_G = Ma

Ćwiczenie 2

Waluta znajduje się na krawędzi starych zadań winylowych, których promień wynosi 15 cm i obraca się z prędkością 33 obrotów / minutę. Znajdź minimalny współczynnik tarcia statycznego niezbędny do utrzymania waluty, przy użyciu waluty waluty.

Rozwiązanie

Na rysunku znajduje się schemat wolnego ciała dla obserwatora, który porusza się z walutą. Normalny N To, że Toadiscos wywiera pionowo w górę, równoważy się z wagą W, podczas gdy siła odśrodkowa F_G jest kompensowany przez statyczne wcieranie F_dotykać.

Rysunek 5. Darmowy schemat ciała do ćwiczeń 2. Źródło: f. Zapata.

N - w = 0

F_dotykać - F_G = 0

Wielkość siły odśrodkowej wynosi Mv²/R, Jak stwierdzono na początku, zatem:

F_dotykać = F_G = mv²/R

Z drugiej strony siła tarcia statyczna jest podana przez:

Może ci służyć: volt lub volt: koncepcja i wzory, równoważniki, przykłady

F_{Reco =} μ_S.N

Gdzie μ_S Jest to statyczny współczynnik pocierania, uwolniona ilość, której wartość zależy od tego, jak powierzchnie są w kontakcie. Zastąpienie tego równania pozostaje:

μ_S.N = mv²/R → μ_S = mv²/R.N

Konieczne byłoby określenie wielkości normalnego, co jest związane z wagą zgodnie z n = mg. Zastąpienie ponownie:

μ_S = mv²/R.Mg → μ_S = v²/Rg

Wracając do stwierdzenia, to informuje, że waluta obraca się z prędkością 33 rewolucji /minutę, która jest prędkością kątową lub częstotliwością kątową Ω, związane z prędkością liniową v:

v = ω.R = 33 rev/min . 2π Radianes/Rev . 15 cm . (1 min/60 s) = 51. 8 cm/s

μ_S = v²/Rg = (51.8 cm/s)²/ (15 cm x 981 cm/ s²) = 0.18

Wyniki tego ćwiczenia byłyby takie same, jak wybranie bezwładnego systemu odniesienia. W tym przypadku jedyną siłą zdolną do pochodzenia przyspieszenia w kierunku środka jest dotknięcie statyczne.

Aplikacje

Jak mówiliśmy, siła odśrodkowa jest siłą fikcyjną, która nie pojawia się w ramach bezwładnościowych, które są jedynymi, w których ważne są prawa Newtona. W nich siła dośrodkowa jest odpowiedzialna za zapewnienie ciału niezbędnego przyspieszenia w kierunku centrum.

Siła dośrodkowa nie jest inną siłą niż znane już. Przeciwnie, właśnie oni robią rolę sił dośrodkowych w razie potrzeby. Na przykład grawitacja, która tworzy orbitę księżyca.

Jednak w miarę, jak mnóstwo przyspieszonych systemów referencyjnych siły fikcyjne mają bardzo realne skutki. W przypadku próbki oto trzy ważne zastosowania, w których mają materialne efekty:

Odśrodki

Odśrodki są szeroko stosowanymi instrumentami w laboratorium. Chodzi o to, aby mieszanka substancji obracała się z dużą prędkością, a substancje o większej masie, doświadczanie większej siły odśrodkowej, zgodnie z równaniem opisanym na początku.

Wówczas najbardziej masywne cząstki będą miały tendencję do odejścia od osi obrotu, w ten sposób oddzielone od najlżejszych, które pozostaną bliżej środka.

Pralki

Automatyczne pralki mają różne cykle ściskające. W nich ubrania są wirowane w celu wyeliminowania pozostałej wody. Bardziej rewolucje cyklu, mniej mokre będą ubrania na końcu prania.

Krzywa Peralte

Samochody lepiej zabierają krzywe na drogach, dzięki drogi pochylając się nieco w kierunku środka krzywej, tak zwanej Peralte. W ten sposób samochód nie zależy wyłącznie od tarcia statycznego między oponami a drogą, aby ukończyć zakręt bez opuszczenia krzywej.

Bibliografia

1. Acosta, Victor. Budowa przewodnika dydaktycznego na siłę odśrodkową dla uczniów rowerowych V klasy 10.Odzyskane z: bdigital.I.Edu.współ.
2. TOPPR. Prawa ruchu: ruch ruch. Odzyskane z: toppr.com.
3. Resnick, r. (1999). Fizyczny. Tom. 1. Wydanie trzecie. po hiszpańsku. Continental Editorial Company S.DO. c.V.
4. Autonomiczny University of the State of Hidalgo. Siła odśrodkowa. Odzyskane z: ejczycy.Edu.MX
5. Wikipedia. Odśrodki. Odzyskane z: jest.Wikipedia.org.