מהו כוח צנטריפטל? הגדרה ומשוואות

כוח צנטריפטלי מוגדר כ הכוח פועל על גוף הנע בדרך מעגלית המכוונת לכיוון המרכז שסביבו נע הגוף. המונח בא מהמילים הלטיניות מרכז עבור "מרכז" ו- פטר, כלומר "לחפש."

כוח צנטריפטלי יכול להיחשב הכוח המחפש את המרכז. הכיוון שלו אורתוגונאלי (בזווית ישרה) לתנועת הגוף בכיוון לעבר מרכז העקמומיות של מסלול הגוף. כוח צנטריפטלי משנה את כיוון תנועתו של אובייקט מבלי לשנות אותו מהירות.

Takeaways מפתח: כוח צנטריפטל

בעוד כוח צנטריפטלי פועל בכדי למשוך גוף לכיוון מרכז נקודת הסיבוב, הכוח הצנטריפוגלי (כוח "בורח מהמרכז") נדחק מהמרכז.

לפי לחוק הראשון של ניוטון, "גוף במנוחה יישאר במנוחה, ואילו גוף בתנועה יישאר בתנועה אלא אם כן יפעל על ידי כוח חיצוני." בתוך במילים אחרות, אם הכוחות הפועלים על עצם מאוזנים, האובייקט ימשיך לנוע בקצב קבוע בלי תאוצה.

הכוח הצנטריפטלי מאפשר לגוף ללכת בדרך מעגלית מבלי לעוף במנגן על ידי פעולה רציפה בזווית ישרה למסלולו. באופן זה הוא פועל על החפץ כאחד הכוחות בחוק הראשון של ניוטון, ובכך שומר על האינרציה של האובייקט.

החוק השני של ניוטון חל גם במקרה של החוק דרישת כוח צנטריפטלי, האומר שאם מטרה היא לנוע במעגל, הכוח הנקי הפועל עליו חייב להיות כלפי פנים. החוק השני של ניוטון אומר כי חפץ המואץ עובר כוח נטו, כאשר כיוון כוח הרשת זהה לכיוון ההאצה. עבור אובייקט הנע במעגל, כוח הצנטריפטלי (הכוח הנקי) חייב להיות קיים בכדי להתנגד לכוח הצנטריפוגלי.

מבחינת אובייקט נייח על מסגרת ההתייחסות המסתובבת (למשל, מושב על נדנדה), צנטריפטל וצנטריפוגל שווים בעוצמתם, אך הפוכים לכיוון. הכוח הצנטריפטלי פועל על הגוף בתנועה ואילו הכוח הצנטריפוגלי אינו פועל. מסיבה זו מכונה לעיתים כוח צנטריפוגלי כוח "וירטואלי".

הייצוג המתמטי של כוח צנטריפטלי נגזר על ידי הפיזיקאי ההולנדי כריסטיאן הויגנס בשנת 1659. עבור גוף שעוקב אחר מסלול מעגלי במהירות קבועה, רדיוס המעגל (r) שווה למסת הגוף (m) פי הריבוע של המהירות (v) מחולק בכוח הצנטריפטלי (F):

r = mv²/ ו

ניתן לארגן מחדש את המשוואה כדי לפתור עבור כוח צנטריפטלי:

F = mv²/ r

נקודה חשובה שכדאי לציין מהמשוואה היא שכוח צנטריפטלי פרופורציונאלי לכיכר המהירות. המשמעות היא שהכפלת מהירותו של אובייקט זקוקה פי ארבעה מכוח הזיכרון כדי לשמור על העצם לנוע במעגל. דוגמה מעשית לכך נראית כאשר לוקחים עקומה חדה עם רכב. כאן, החיכוך הוא הכוח היחיד שמאפשר צמיגי הרכב על הכביש. הגדלת המהירות מגדילה מאוד את הכוח, ולכן החלקה הופכת לסבירה יותר.

שימו לב גם לחישוב הכוח הזרעי להערכתו אין כוחות נוספים שפועלים על העצם.

חישוב נפוץ נוסף הוא תאוצה צנטריפטלית, שהיא שינוי המהירות חלקי השינוי בזמן. האצה היא ריבוע המהירות המחולק ברדיוס המעגל:

Δv / Δt = a = v²/ r

הדוגמה הקלאסית לכוח צנטריפטלי היא המקרה של חפץ הנדנד על חבל. כאן, המתח על החבל מספק את כוח ה"משיכה "של הזיכרון.

כוח צנטריפטלאלי הוא כוח ה"דחיפה "במקרה של רוכב אופנוע של קיר המוות.

כוח צנטריפטל משמש לצנטריפוגות במעבדה. כאן מופרדים חלקיקים המותלים בנוזל מהנוזל על ידי צינורות מאיצים מכוונים כך שהחלקיקים הכבדים יותר (כלומר עצמים בעלי מסה גבוהה יותר) נמשכים לכיוון קרקעית ה- צינורות. בעוד הצנטריפוגות בדרך כלל מפרידים בין מוצקים לנוזלים, הם עלולים גם לפרק נוזלים, כמו בדגימות דם, או להפריד רכיבים בגזים.

צנטריפוגות גז משמשות להפרדת האיזוטופ האורניום -238 הכבד יותר מהאיזוטופ האורניום -235 הקל יותר. האיזוטופ הכבד יותר נמשך כלפי חוץ של גליל מסתובב. על השבר הכבד מקישים ונשלחים לצנטריפוגה אחרת. התהליך חוזר על עצמו עד שהגז "מועשר" מספיק.

טלסקופ מראה נוזלי (LMT) עשוי להתבצע על ידי סיבוב רפלקטיבית נוזל מתכת, כמו כספית. משטח המראה מקבל צורה פרבולידית מכיוון שכוח הצנטריפטל תלוי בריבוע המהירות. בגלל זה, גובה המתכת הנוזלית המסתחרת הוא פרופורציונלי לכיכר המרחק שלה מהמרכז. ניתן לראות את הצורה המעניינת שמונחים על ידי נוזלים מסתובבים על ידי ספיגה של דלי מים בקצב קבוע.