Išcentrinė jėga yra visur paplitusi kasdieniame gyvenime, tačiau ar tai, kas, mūsų manymu, yra?
Tai patiriame apvažiuodami automobilio kampą arba lėktuvui pasisukus į posūkį. Mes tai matome skalbimo mašinos sukinio cikle arba kai vaikai važiuoja pasiplaukiojimu. Vieną dieną tai gali net suteikti dirbtinį sunkumą kosminiams laivams ir kosminėms stotims.
Tačiau išcentrinė jėga dažnai painiojama su jos ekvivalentu, centripetaline jėga, nes jie yra taip artimai susiję - iš esmės dvi tos pačios monetos pusės.
Centripetalinė jėga yra apibrėžiama kaip „jėga, reikalinga išlaikyti objektą judantį išlenktu keliu ir nukreipta į vidų link sukimosi centro“, o išcentrinė jėga apibrėžiama kaip „tariamoji jėga, kurią jaučia objektas, judantis. išlenktu keliu, veikiančiu išorėje nuo sukimosi centro “, - teigiama pagal Merriam Webster Dictionary.
Atkreipkite dėmesį, kad nors centripetalinė jėga yra tikroji jėga, išcentrinė jėga apibrėžiama kaip tariamoji jėga. Kitaip tariant, sukdama masę ant stygos, styga daro vidinę centripetalinę jėgą, o masė atrodo, kad stygos išorė išcentrinė jėga.
„Skirtumas tarp centripetalinės ir išcentrinės jėgos turi skirtingus„ atskaitos rėmus “, tai yra skirtingus požiūrius, nuo kurių jūs ką nors matuojate“, - teigė Vašingtono universiteto tyrimų fizikas Andrew A. Ganse. "Centripetalinė jėga ir išcentrinė jėga yra iš tikrųjų ta pati jėga, tik priešingomis kryptimis, nes jos patiriamos iš skirtingų atskaitos taškų."
Jei stebite besisukančią sistemą iš išorės, matote į vidų nukreiptą jėgas, nukreiptas į centripetalį, kad besisukantis kūnas būtų apribotas apskritimo keliu. Tačiau jei esate besisukančios sistemos dalis, patiriate akivaizdžią išcentrinę jėgą, atstumiančią jus nuo apskritimo centro, net jei iš tikrųjų jaučiate vidinę centripetalinę jėgą, kuri sulaiko jus nuo tiesioginio pažemėjimo tangentu. .
Pajėgos paklūsta Niutono judėjimo įstatymams
Šią akivaizdžią išorinę jėgą apibūdina Niutono judėjimo įstatymai. Niutono pirmasis įstatymas teigia, kad „ramybėje esantis kūnas liks ramybėje, o judantis kūnas išliks judesyje, nebent tam veiktų išorinė jėga“.
Jei masyvus kūnas juda per kosmosą tiesia linija, dėl jo inercijos jis tęsis tiesia linija, nebent išorinė jėga jį paspartins, sulėtins ar pakeis kryptį. Norint, kad jis eitų apskritimo keliu nekeisdamas greičio, jo keliui stačiu kampu turi būti ištisinė centripetalinė jėga. Šio apskritimo spindulys (r) yra lygus masei (m), padaugintai iš greičio kvadrato (v), padalyto iš centro virpesio jėgos (F), arba r = mv ^ 2 / F. Jėgą galima apskaičiuoti paprasčiausiai pertvarkius lygtį, F = mv ^ 2 / r.
Trečiasis Niutono įstatymas teigia, kad „kiekvienam veiksmui yra lygi ir priešinga reakcija“. Lygiai taip pat, kaip gravitacija priverčia jus veikti jėgą ant žemės, atrodo, kad žemė jūsų kojoms veikia lygią ir priešingą jėgą. Kai važiuojate įsibėgėjančiu automobiliu, sėdynė paspaudžia jėgą į priekį, kaip jums atrodo, kad sėdynė veikia atgal.
Besisukančios sistemos atveju centripetalinė jėga traukia masę į priekį, kad eitų išlenktu keliu, o masė dėl savo inercijos atrodo pastumianti į išorę. Tačiau kiekvienu iš šių atvejų yra taikoma tik viena tikra jėga, o kitu atveju - tik akivaizdi jėga.
Centripetalinės jėgos pavyzdžiai veikiant
Yra daugybė programų, kuriose išnaudojama centripetalinė jėga. Vienas iš jų yra imituoti kosmoso paleidimo pagreitį, kad būtų galima mokyti astronautų. Pirmą kartą paleidžiant raketą, ji yra tokia pakrauta su degalais ir oksidatoriumi, kad vos gali judėti. Tačiau kylant, jis deginamas milžinišku greičiu ir nuolat praranda masę. Niutono Antrasis dėsnis teigia, kad jėga lygi masės ir pagreičio santykiams, arba F = ma.
Daugeliu atvejų masė išlieka pastovi. Nors naudojant raketą, jos masė drastiškai keičiasi, o jėga, šiuo atveju raketos variklių trauka, išlieka beveik pastovi. Dėl to pagreitis link kėlimo fazės pabaigos padidėja kelis kartus virš normalaus sunkio. NASA naudoja dideles centrifugas, kad paruoštų astronautus šiam kraštutiniam pagreičiui. Šioje programoje centripetalinę jėgą suteikia sėdynės atlošas, stumiantis į vidų astronautą.
Kitas centripetalinės jėgos taikymo pavyzdys yra laboratorinė centrifuga, naudojama pagreitinti skystyje suspenduotų dalelių nusodinimą. Vienas iš šios technologijos būdų yra kraujo mėginių paruošimas analizei. Remiantis Rice universiteto eksperimento bios mokslų tinklalapiu, „dėl unikalios kraujo struktūros labai lengva atskirti raudonuosius kraujo kūnelius nuo plazmos ir kitus suformuotus elementus diferencinio centrifugavimo būdu“.
Esant normaliai sunkio jėgai, šiluminis judėjimas sukelia nuolatinį maišymąsi, kuris neleidžia kraujo ląstelėms nusėsti iš viso kraujo mėginio. Tačiau įprasta centrifuga gali pasiekti 600–2000 kartų didesnį pagreitį nei normalus sunkis. Tai verčia sunkiuosius raudonuosius kraujo kūnelius įsikurti dugne ir įvairius tirpalo komponentus suskaido į sluoksnius pagal jų tankį.
Šį straipsnį 2019 m. Gegužės 10 d. Atnaujino „Live Science“ bendradarbė Jennifer Leman.
