Siła odśrodkowa - wróg lub sojusznik

Ten, który jest zaznajomiony Stary Testament Pismo Święte, z łatwością zapamiętaj historię bitwy między Dawidem i Goliatem. Straszny olbrzym został zabity przy pomocy procy. Ale proca jest obiektem całkowicie realnym, najprostszym urządzeniem, bronią używaną w czasach, gdy łuk był uważany za zaawansowaną technikę. Najwcześniejsze artefakty znalezione podczas wykopalisk, zaklasyfikowane jako procy, mają dziesięć tysięcy lat. Muszę powiedzieć, że mimo niezwykle prostego urządzenia, proca nie była tak nieszkodliwa. Kamień, uwolniony z procy przez doświadczonego metalowca, poleciał w kierunku wroga z szybkością około stu metrów na sekundę. Maksymalna faktycznie zarejestrowana odległość rzutu wynosiła ponad 400 metrów.

Jakie prawa fizyczne są oparte na tak imponujących rezultatach? Odpowiedź: Początkowa prędkość do kamienia (a później do metalowego pocisku w kształcie kuli) została podana właśnie przez tajemniczą siłę odśrodkową, która nie jest jasna z miejsca. Oprócz procy, to fizyczne zjawisko stworzyło podstawę do stworzenia wielu innych i wielu innych mechanizmów i mechanizmów używanych przez człowieka.

Opis siły z punktu widzenia fizyki

Bardzo często ludzie, a czasem przeraża, twierdzą, że nawet studenci uczelni technicznych używają takiego wyrażenia jak siła dośrodkowa w konwersacji, identyfikując ją za pomocą siły odśrodkowej. Oczywiście te dwa terminy mają ze sobą wiele wspólnego, chociaż nie jest to z pewnością to samo. Aby lepiej zrozumieć, o jakich zjawiskach mówimy, musimy przypomnieć sobie małą fizykę szkolną.

Czym jest bezwładność. Obrotowy pocisk waży około 9 gramów. Jeśli wyrzucisz go około metra, a następnie złapie go ręką (prędkość poniżej 1,0 m / s), możesz poczuć lekkie wstrząsy. Ta sama kula wystrzeliła z broni i leciała z prędkością około 500 m / s. łatwo prześlizguje się przez deskę sosnową grubą na cal. I wreszcie kawałek kosmicznych śmieci tej samej masy, latających na orbicie pierwsza kosmiczna prędkość (8 000 m / s.), Podobnie jak kawałek masła, z łatwością przebije ciężki czołg.

Każde ciało o masie m i poruszające się z prędkością V ma energia kinetyczna :

Za rzucane pociski:

E = 0,009 ∙ 1 2/2 = 0,0045 J.

Za wystrzeliwany pistolet:

E = 0,009 ∙ 500 2/2 = 1 125 J.

W przypadku śmieci kosmicznych:

E = 0,009 ∙ 8 000 2/2 = 288 000 J

Aby ciało ruchome się zatrzymało, konieczne jest zastosowanie tej samej energii; aby rozproszyć ciało nieruchome do takiej prędkości, trzeba wydać tę samą energię.

Teraz wyobraź sobie, że pewne ciało, lecące w linii prostej, jest zmuszone zmienić kierunek ruchu.

Ciało przedstawione na rysunku ma prędkość w kierunku osi X - V ^x , zmieniając kierunek ruchu, daje prędkość w kierunku osi współrzędnych - V ^y , na której, odpowiednio, konieczne jest zużycie energii:

Wreszcie uzbrojony w wiedzę o bezwładności, możesz wrócić do procy. W skrócie, jest to kamień (ładunek), obracający się wzdłuż okrągłej ścieżki na wątku.

Ciało o masie m, nie trzymające nici, będzie latało prosto (co w rzeczywistości doświadczało Goliata), ale trzymanie się nici ciągle zmienia jej kierunek. Oczywiście dzieje się to pod działaniem jakiejś siły, która jest zwykle nazywana siłą dośrodkową - F _cc . W tym przypadku jest to siła napięcia nici.

Ale dlaczego w tym przypadku kamień nie leci w rękę procy? Powodem jest trzecie prawo błyskotliwego Newtona, które stwierdza, że ​​jakakolwiek siła przyłożona do obiektu generuje siłę reakcji równą wielkości i przeciwną w kierunku. W ten sposób _{rodzi się} siła odśrodkowa F _cb .

Przykłady życia

To nie przypadek, że na początku artykułu brany jest pod uwagę temblak - najprostszy przykład działania siły odśrodkowej, który łatwiej jest symulować, próbować i czuć. Ale poza tym ta fizyczna ilość jest obecna w wielu rzeczach i obiektach, które nas otaczają codziennie. Siła odśrodkowa działająca w cewkach pasów bezpieczeństwa sprawia, że ​​podróż jest bezpieczna.

Fani wędkarstwa nie byliby w stanie wykonywać swojego ulubionego hobby bez tej mocy, a następnie powiedzieliby nam bzdury. Na przykład rzucanie ciężkim korytem - jedno na jedno imitowanie procy bojowej. A spinning czy karpia w ręku rybaka to tylko ta sama broń, tylko zamiast zabójczego kamienia - łyżka, wobbler czy dżig.

Jak obliczyć siłę odśrodkową

Skala skalarna siły odśrodkowej jest obliczana według wzoru:

gdzie:

F - pożądana wartość siły odśrodkowej, H;

m to masa ciała, kg;

V - prędkość ruchu ciała, m / s;

r jest promieniem obrotu, m

Przykłady obliczeń

Obliczmy siłę, z jaką kamień jest wypychany z procy: długość pasa wynosi 1 metr od ręki procy do łóżka. Wojownik obraca swoją broń z prędkością 2 zwojów na sekundę. W temblaku znajduje się kamień o masie 200 gramów.

Obwód :

L = 2πR = 2 ∙ 3,14 1 = 6,28 m.

Tak więc drugi kamień leci o 2 2 = 6,28 2 = 12,56 m, to jest jego prędkość - 12,56 m / s.

Pożądana wartość jest następująca:

F = mV ² / r = 0,2 kg ∙ 12,56 2/1 = 31,55 N.

Siła oddana do użytku

Istnieje wiele przykładów, w których siła odśrodkowa wykonuje pożyteczną pracę. Oprócz walki bronią do rzucania działa świetnie w nowoczesnych sportach. Technika rzucania młotem i, w mniejszym stopniu, dysk polega na tym, że prędkość pocisku jest precyzyjnie rozwijana.

Tysiące różnych maszyn ma zasadę działania opartą na użyciu siły odśrodkowej. Nie trzeba iść daleko, pamiętaj tylko o nazwie jednego z najpopularniejszych typów pomp. A imię jest "odśrodkowe". Wewnątrz tzw Koło "ślimaka" z ostrzami wydziela jakiś płyn roboczy (płyn lub gaz). Następnie, ze względu na siły odśrodkowe, powstaje obszar podwyższonego ciśnienia na zewnętrznej ścianie obwodu pompy, a w centrum ślimaka znajduje się obszar zredukowany, gdzie prędkość obrotowa jest minimalna. W ten sposób transportowany czynnik, który wszedł do wnęki pompy przez dyszę w części środkowej, jest wyrzucany pod ciśnieniem przez wylot w ścianie zewnętrznej.

A to tylko jeden przykład. Siły odśrodkowe działają we wszystkich rodzajach maszyn czyszczących w rolnictwie. Zasada oddzielania (oddzielania) materiałów sypkich opiera się na różnicy energii wytworzonej przez cząstki z powodu różnej gęstości i masy.

I wreszcie przykład najbardziej codziennego życia, do którego kontemplacji nie trzeba iść na stadion lub do rowka zbożowego. Zobacz, jak działa najzwyklejsza pralka na spin. Lina jest dociskana do ścianek bębna z powodu siły odśrodkowej, tak, że po prasowaniu przy 1000 obr./min. bielizna robi się prawie sucha.

Kiedy z nią walczą

Ale nie zawsze pożądana jest siła odśrodkowa. W niektórych przypadkach należy je zwalczać. Szczegóły dużych rozmiarów w obrabiarkach, mechanizmy okrętowe w silnikach ciężarówki górnicze doświadczanie podczas obrotu dużych obciążeń. Każdy mniej lub bardziej ciężki element konstrukcyjny, zamocowany na obrotowej podstawie, ma tendencję do zejścia i odlatywania w kierunku przeciwnym do środka obrotu. Uchwyt, na przykład ostrza śmigłowca - generalnie cała nauka.

Każdy kierowca wie, że na śliskiej drodze samochód wieje również w kierunku przeciwnym do krzywizny płótna. Czasami można zobaczyć, jak na najostrzejszych zakrętach konstruktorzy dróg celowo wprowadzają odchylenie w kierunku środka krzywizny.

Siła odśrodkowa w przyrodzie

Jasny przykład manifestacji siły odśrodkowej w przyrodzie może służyć jako przypływy i przepływy w regionach równikowych. Faktem jest, że nie tylko księżyc krąży wokół Ziemi. Nasza planeta, choć znacznie cięższa od satelity, wciąż trochę tańczy, obracając się wokół niej nieznacznie wzdłuż małego promienia. Prowadzi to do tego, że w dwóch obszarach - skierowanych na Księżyc i odwrotnie - powstają garby wód oceanu świata.

Nawiasem mówiąc, księżyc z sił pływowych zyskał więcej. To oni zatrzymali rotację wokół własnej osi. Dzięki sile odśrodkowej mieszkańcy niebieskiej planety widzą tylko jedną stronę swojego naturalnego satelity.

Krótkie podsumowanie

Tak więc siła odśrodkowa jest odpowiedzią na siłę dośrodkową. Skala skalarna siły odśrodkowej jest wprost proporcjonalna do iloczynu masy ciała przez kwadrat jego prędkości liniowej i odwrotnie proporcjonalna do promienia obrotu. Wektor siły przechodzi przez środek obrotu i ma kierunek - od niej.