Центрифугална сила је свеприсутна у нашем свакодневном животу, али је ли оно што мислимо да је?
Доживљавамо то када идемо иза угла у аутомобилу или када се авион претвара у скретање. Видимо то у циклусу центрифуге веша или када се деца возе у вртићу. Једног дана може чак створити вештачку гравитацију за свемирске бродове и свемирске станице.
Али центрифугална сила се често меша са својом супротном, центрипеталном силом, јер су тако уско повезане - у основи две стране исте кованице.
Центрипетална сила је дефинисана као "сила која је неопходна да би се предмет кретао закривљеном стазом и која је усмерена према средини ротације", док је центрифугална сила дефинисана као "привидна сила коју осећа објекат који се креће у закривљеној стази која делује споља од центра ротације ", према Мерриам Вебстер Дицтионари.
Имајте на уму да док је центрипетална сила стварна сила, центрифугална сила је дефинисана као привидна сила. Другим речима, када врти масу на струни, жица делује на унутрашњу центрипеталну силу на масу, док маса изгледа да делује спољну центрифугалну силу на струну.
„Разлика између центрипеталне и центрифугалне силе има везе са различитим„ референтним оквирима “, односно различитим гледиштима са којих нешто мерите“, рекао је Андрев А. Гансе, физичар истраживања на Универзитету Васхингтон. "Центрипетална сила и центрифугална сила заиста су потпуно исте силе, управо у супротним смеровима јер су искусне из различитих референтних оквира."
Ако посматрате ротирајући систем споља, видећете унутрашњу центрипеталну силу која делује као да ограничава ротирајуће тело на кружни пут. Међутим, ако сте део ротирајућег система, доживљавате наизглед центрифугалну силу која вас гура даље од средишта круга, иако оно што заправо осећате је унутрашња центрипетална сила која вас спречава да се буквално спуштате по тангенти .
Силе се покоре Невтоновим законима покрета
Ову привидну спољну силу описују Њутонови закони о кретању. Њутнов први закон каже да ће „тело у мировању остати у мировању, а тело у покрету ће остати у покрету, ако на то не делује спољна сила“.
Ако се масивно тело креће кроз простор у правој линији, његова инерција ће узроковати да се настави равно, осим ако спољна сила не натера да убрза, успори или промени правац. Да би она могла да следи кружни пут без промене брзине, континуирана центрипетална сила мора бити под правим углом према њеној путањи. Полумјер (р) овог круга једнак је маси (м) пута квадрату брзине (в) дељеном са центрипеталном силом (Ф), или р = мв ^ 2 / Ф. Сила се може израчунати простим преуређивањем једначине, Ф = мв ^ 2 / р.
Њутнов трећи закон каже да „за сваку акцију постоји једнака и супротна реакција“. Баш као што вас гравитација тера да притиснете силу на тло, чини се да и тла извршавају једнаку и супротну силу на ноге. Када сте у аутомобилу који се убрзава, седиште врши снагу према напријед на вас баш као што вам се чини да врше силу уназад према седишту.
У случају ротирајућег система, центрипетална сила повлачи масу према унутра закривљеним путем, док се чини да се маса због своје инерције истискује према ван. У сваком од ових случајева, међутим, примењује се само једна стварна сила, док је други само привидна сила.
Примјери центрипеталне силе на дјелу
Много је апликација које користе центрипеталну силу. Један је симулација убрзавања свемирског лансирања за обуку астронаута. Када се ракета први покрене, толико је напуњена горивом и оксидатором да се једва може померати. Међутим, како се успиње, гори горивом огромном брзином, непрекидно губећи масу. Њутнов други закон каже да је сила једнака масовном убрзању, или Ф = ма.
У већини ситуација маса остаје константна. Са ракетом се, међутим, његова маса драстично мења, док сила, у овом случају потисак ракетних мотора, остаје готово константна. То узрокује убрзање до краја фазе појачања до неколико пута веће од нормалне гравитације. НАСА користи велике центрифуге за припрему астронаута за ово екстремно убрзање. У овој апликацији, центрипетална сила обезбеђена је наслоном седишта гурајући унутра астронаута.
Други пример примене центрипеталне силе је лабораторијска центрифуга, која се користи за убрзавање таложења честица суспендованих у течности. Једна уобичајена употреба ове технологије је за припрему узорака крви за анализу. Према веб страници Експерименталне биознаности са Универзитета Рице, "јединствена структура крви омогућава одвајање црвених крвних зрнаца од плазме и осталих формираних елемената диференцијалном центрифугирањем."
Под нормалном силом гравитације, термичко кретање изазива непрестано мешање што спречава крвне ћелије да се слегну из целог узорка крви. Међутим, типична центрифуга може постићи убрзања која су 600 до 2.000 пута већа од нормалне гравитације. То присиљава тешка црвена крвна зрнца да се таложе на дну и стратификује различите компоненте раствора у слојеве према њиховој густини.
Овај чланак је ажурирао 10. маја 2019. године од стране сараднице за науку уживо, Јеннифер Леман.
