Keskihakuvoima

Keskisuuntainen voima on sen kehoon vaikuttavien voimien komponentin nimi , joka saa kehon kääntymään (eli liikkumaan liikeradalla , jonka kaarevuussädettä kappaleen sijaintipisteessä ei voida pitää yhtä suurena kuin ääretön). Tämä on komponentti, joka on suunnattu kohtisuoraan kappaleen hetkellisen nopeusvektorin suhteen [1] .

Muodostaakseen liikeradan kaarevuussäteellä tietyssä pisteessä tarvitaan keskipitkävoima , jossa on keskikiihtyvyys tietyssä pisteessä, on kehon massa , on sen nopeus tietyssä pisteessä ja on sen kulmanopeus tietyssä kohdassa. $r$ $F_c = m a_c = m \frac{v^2}{r} = m \omega^2 r$ $a_{c}$ $m$ $v$ $\omega$

Fyysinen merkitys

Rungon kiihtyvyys missä tahansa traktorin pisteessä voidaan jakaa tangentiaaliseksi eli nopeuden suuntaiseksi ja normaaliksi (se on myös keskipisteinen) kohtisuoraan nopeuteen nähden. Se on läsnäolo, joka muuttaa kappaleen liikkeen suuntaa, kääntäen liikerataa, ja säteen kaarevuuden muodostumiseksi nopeudella tämän kiihtyvyyden on oltava yhtä suuri kuin , tai, joka on sama , missä on kulmanopeus kehon tietyssä pisteessä suhteessa hetkelliseen kiertokeskipisteeseen (ensimmäisen kaavan ja toisen välinen suhde on ilmeinen, koska ). Newtonin toisen lain mukaan kappaleen havaittu kiihtyvyys vastaa siihen vaikuttavien voimien summaa. Tämä pätee inertiaalisissa viitekehyksissä , ja d'Alembertin periaatteen mukaan tämä pätee sopivien inertiavoimien käyttöönoton yhteydessä myös ei- inertiaalisiin voimiin . Kehoon vaikuttavien voimien komponenttia, joka vastaa keskikiihtyvyyttä, kutsutaan keskivoimaksi ( ). $\vec {a_c}$ $\vec {a_c}$ $r$ $v$ $v^{2}/r$ $\omega^2 r$ $\omega$ $v = \omega r$ $\vec {F_c} = m \vec {a_c}$

Keskipitkävoima ei ole itsenäinen voima, ja se on vain seurausta kaikkien kehoon vaikuttavien voimien summan muodollisesta hajoamisesta kahdeksi komponentiksi - liikeradan tangentin varrella ja poikki. Jos kappale liikkuu tasaisesti (eli vakiokulmanopeudella) ympyrämäistä rataa pitkin yhdestä pyörimiskeskiön suuntaan vaikuttavasta voimasta (esimerkiksi kierrettä yhdistävän kierteen jännitysvoimasta). kehon keskellä tai liikkuessaan ympyränmuotoista kiertorataa pitkin gravitaatiovoiman kentässä), kaikki tämä voima on keskipitkä. Se on suunnattu kohtisuoraan nopeusvektoriin nähden, ei suorita työtä täydellä ympyrällä, kehon kineettinen energia ei muutu. Tämä liike voi jatkua loputtomiin.

Yleisessä tapauksessa, kun liikutaan muuta kuin ympyrärataa pitkin, pyörimiskeskus ei ole kehoon vaikuttavien voimien summan suunnassa. Joten esimerkiksi kun Maa liikkuu Auringon ympäri elliptisellä kiertoradalla, Maan ja Auringon keskinäinen gravitaatiovoima, joka vaikuttaa Maahan, muuttuu täysin keskipisteiseksi vain afelionissa ja perihelionissa . Tässä tapauksessa kytkentäreaktion voiman tangentiaalinen komponentti toimii, mikä johtaa kehon kineettisen energian kasvuun (kiihdytyksen aikana) tai sen laskuun (jarrutuksen aikana). Tämä tapahtuu ajoittain universumissa, kun taivaankappaleet liikkuvat Keplerin elliptisiä ratoja pitkin yhteisen painopisteen ympärillä, koska sitovien voimien työ täydelliseen kierrokseen on nolla. Myös hetkellisen pyörimiskeskuksen systemaattisen etenemisen johdosta voiman kohdistamispistettä siirtämällä ne pyörivät esimerkiksi hihnaa .

Aivan kuten kappaleiden nopeudet, kiihtyvyydet ja liikeradat riippuvat valitusta vertailukehyksestä, vertailukehyksen valinta määrää myös sen, mikä osa voimien summasta on katsottava keskipisteeksi. Erityisesti siirryttäessä suoraan liikkuvaan kappaleeseen liittyvään viitekehykseen, pienennämme luonnollisesti liikeradan kiinteään pisteeseen viitekehyksen keskellä, ja näin ollen tämän viitekehyksen yhteydessä emme voi puhua joko tämän kappaleen keskikiihtyvyydestä tai vastaavasta voimasta . Ja päinvastoin, siirryttäessä suhteessa kappaleisiin pyörivään vertailukehykseen, saamme siihen näiden kappaleiden kaarevat liikeradat, vastaavat keskipistekiihtyvyydet ja vastaavasti keskipistevoimat.

" Keskipakovoiman " käsite liittyy läheisesti "keskivoiman" käsitteeseen ja siirtymiseen inertiaalisesta viitekehyksestä pyörivään ei-inertiaan.

Viitekehyksestä toiseen siirtymien ymmärtämisen monimutkaisuuden vuoksi, varsinkin jos ne liikkuvat suhteessa toisiinsa dynaamisesti muuttuvalla kiihtyvyydellä, keskipakovoiman ja keskipakoisvoimien käsitteet aiheuttavat lukuisia kiistoja ja väärinkäsityksiä.

Muistiinpanot

↑ Keskusvoima / Samsonov V. A. // Suuri venäläinen tietosanakirja : [35 nidettä] / ch. toim. Yu. S. Osipov . - M . : Suuri venäläinen tietosanakirja, 2004-2017.

Kirjallisuus

Frish S. A. ja Timoreva A. V. Yleisen fysiikan kurssi, Oppikirja valtionyliopistojen fysikaalis-matemaattisille ja fysikaalis-teknisille tiedekunnille. - M .: GITTL, 1957. - T. 1.