A centrifugális erő mindenütt jelen van mindennapi életünkben, de vajon mi a véleményünk?
Megtapasztaljuk, amikor egy sarokban fordulunk egy autóban, vagy amikor egy repülőgép fordulásra fordul. Látjuk azt egy mosógép centrifugálási ciklusában, vagy amikor a gyerekek körbejárnak. Egy nap mesterséges gravitációt is biztosíthat az űrhajók és az űrállomások számára.
A centrifugális erőt azonban gyakran összekeverik a párhuzamos, centripetalális erővel, mert annyira szorosan kapcsolódnak egymáshoz - lényegében ugyanaz az érme két oldala.
A centripetalális erő meghatározása a következő: "az az erő, amely szükséges ahhoz, hogy egy tárgy egy görbe pályán mozogjon, és amely a forgás középpontja felé irányul", míg a centrifugális erő: "a látszólagos erő, amelyet egy objektum mozog egy ívelt úton, amely kifelé halad a forgás középpontjától "- állítja a Merriam Webster Dictionary.
Vegye figyelembe, hogy míg a centripetalális erő tényleges erő, a centrifugális erőt látszólagos erőként határozza meg. Más szavakkal, amikor egy tömeget húrok egy húrra, a húr belső centripetális erőt gyakorol a tömegre, míg a tömeg úgy tűnik, hogy kifelé centrifugális erőt gyakorol a húrra.
"A centripetalális és a centrifugális erő közötti különbségnek eltérő" referenciakeretekkel ", azaz különböző nézőpontokkal kell szembenéznie, amelyekből mérhet valamit" - mondta Andrew A. Ganse, a Washingtoni Egyetem kutatófizikája. "A centripetal erő és a centrifugális erő valójában pontosan ugyanaz az erő, éppen ellentétes irányban, mert különböző referenciakeretekből származnak."
Ha kívülről néz egy forgó rendszert, akkor egy befelé mutató centripetális erőt észlel, amely a forgó testet kör alakú útra korlátozza. Ha azonban része a forgó rendszernek, egy nyilvánvaló centrifugális erőt tapasztal, amely el tolja Önt a kör középpontjától, annak ellenére, hogy valójában azt érzi, hogy a befelé mutató centripetális erő hatására megakadályozza, hogy szó szerint elhúzzon egy érintőn .
Az erők betartják Newton mozgás törvényét
Ezt a látszólagos külső erőt Newton mozgásjogi törvényei írják le. Newton első törvénye kimondja, hogy "a nyugalomban lévő test nyugalomban marad, és a mozgásban lévő test továbbra is mozgásban marad, hacsak egy külső erő nem hat rá".
Ha egy hatalmas test egyenes vonalban mozog az űrben, tehetetlensége miatt egyenes vonalban folytatódik, kivéve, ha egy külső erő miatt gyorsítani, lelassulni vagy megváltoztatni az irányt. Annak érdekében, hogy körkörös úton haladjon a sebesség megváltoztatása nélkül, folyamatos centripetális erőt kell haladni az útjára merőlegesen. Ennek a körnek a sugara (r) megegyezik a tömeg (m) és a sebesség (v) négyzetének szorzata, osztva a centripetalális erővel (F), vagy r = mv ^ 2 / F. Az erő kiszámítható az F = mv ^ 2 / r egyenlet egyszerű átrendezésével.
Newton harmadik törvénye kimondja, hogy "minden cselekedetre egyenlő és ellentétes reakció van". Ahogy a gravitáció erőt gyakorol a földre, úgy tűnik, hogy a föld egyenlő és ellentétes erőt gyakorol a lábadra. Ha gyorsító autóban tartózkodik, az ülés előrehaladó erőt gyakorol rád, ugyanúgy, mint amilyennek látszik, hogy hátrafelé irányuló erőt gyakorol az ülésre.
Forgó rendszer esetén a centripetalális erő behúzza a tömeget egy ívelt utat követve, míg a tömeg tehetetlensége miatt úgy tűnik, hogy kifelé tolódik. Ezekben az esetekben azonban csak egy valódi erőt alkalmaznak, míg a másik csak látszólagos erő.
Példák a centripetalis erő működésre
Sok alkalmazás használja ki a centripetal erőt. Az egyik az űrhajósok kiképzésére szolgáló űrindítás gyorsulásának szimulálása. Amikor egy rakétát először indítanak, annyira meg van töltve üzemanyaggal és oxidálószerrel, hogy alig tud mozogni. Felfelé haladva azonban óriási sebességgel éget üzemanyagot, folyamatosan veszteséggel. Newton második törvénye szerint az erő megegyezik a tömeg és a gyorsulás, vagy F = ma.
A legtöbb helyzetben a tömeg állandó. A rakéta tömege azonban drasztikusan megváltozik, miközben az erő, ebben az esetben a rakétamotorok tolóerője, szinte állandó marad. Ez azt eredményezi, hogy a fellendülés fázisának vége felé történő gyorsulás a normál gravitáció többszörösére növekszik. A NASA nagy centrifugákat készít űrhajósok számára erre a szélsőséges gyorsulásra. Ebben az alkalmazásban a centripetális erőt az ülés háttámlája biztosítja, amely befelé nyomja az űrhajósra.
A centripetalális erő alkalmazásának egy másik példája a laboratóriumi centrifuga, amelyet a folyadékban szuszpendált részecskék kicsapódásának felgyorsítására használnak. Ennek a technológiának az egyik általános alkalmazása a vérminták elemzésre történő előkészítése. A Rice Egyetem Kísérleti Biológiai Tudományok weblapja szerint "A vér egyedi szerkezete megkönnyíti a vörösvértestek elválasztását a plazmától és a többi képződött elemet differenciális centrifugálással".
A normál gravitációs erő hatására a hőmozgás folyamatos keveredést okoz, amely megakadályozza a vérsejtek kiülepedését a teljes vérmintából. Egy tipikus centrifuga azonban a normál gravitációtól 600–2000-szeres gyorsulást érhet el. Ez arra készteti a nehéz vörösvértesteket, hogy leálljanak az alján, és az oldat különféle alkotóelemeit rétegekké rétegezzék sűrűségük szerint.
Ezt a cikket 2019. május 10-én frissítette a Jennifer Leman Live Science közreműködő.
