Centrifugálne vzorce sily, ako vypočítané, príklady, cvičenia

Ten odstredivá sila má tendenciu vytlačiť telá, ktoré otáčajú krivku. Považuje sa za to fiktívna sila, pseudofuerza ani zotrvačná sila, Pretože to nie je spôsobené interakciami medzi skutočnými objektmi, ale je to prejav zotrvačnosť telá. Zotrvačnosť je vlastnosť, ktorá spôsobuje, že predmety chcú udržať svoj odpočinok alebo rovnomerný priamy pohyb, ak ju majú.

Termín „odstredivka“ vytvoril vedec Christian Huygens (1629-1695). Potvrdil, že krivočiary pohyb planét by ich mal mať tendenciu presúvať sa preč, pokiaľ Slnko nevyvíja určitú silu, aby si ich udržalo a vypočítalo, že táto sila je úmerná štvorcovej rýchlosti a nepriamo úmerná polomeru opísaného obvodu.

postava 1. Pri rozdávaní krivky cestujúci zažívajú silu, ktorá ich z nej dostane tendenciu. Zdroj: likreshot.

Pre tých, ktorí cestujú autom, odstredivka nie je vôbec fiktívna. Cestujúci automobilu, ktorý sa otočí doprava, ktorý sa cíti vľavo a naopak, keď sa auto otočí doľava, ľudia zažívajú silu doprava, ktorá podľa všetkého ich chcú presunúť od stredu krivky.

Veľkosť odstredivej sily F_g Vypočíta sa podľa nasledujúceho výrazu:

 Kde:

-F_g Je to veľkosť odstredivej sily

-m Je to hmotnosť objektu

-vložka Je to rýchlosť

-R Je to polomer zakrivenej trajektórie.

Sila je vektor, preto sa odvážne písmeno používa na jeho rozlíšenie od jeho veľkosti, čo je skalár.

Musíte mať vždy na pamäti, že to F_g sa objaví iba vtedy, keď je pohyb opísaný pomocou zrýchleného referenčného systému.

V príklade opísanom na začiatku predstavuje prehliadka, ktorá sa otáča zrýchlenie, aby som sa mohol otočiť.

[TOC]

Ako sa vypočíta odstredivka?

Výber referenčného systému je nevyhnutný pre ocenenie pohybu. Zrýchlený referenčný systém je známy aj ako neinerciálny systém.

V tomto type systému, podobne ako auto, ktoré sa otáča, sa objavujú fiktívne sily, ako je odstredivá sila, ktorej pôvod nie je skutočnou interakciou medzi objektmi. Cestujúci nemohol povedať, čo ho vytlačí z krivky, dokáže iba potvrdiť, čo sa stane takto.

Na druhej strane, v inerciálnom referenčnom systéme sú interakcie uvedené medzi skutočnými objektmi, ako je telo v pohybe a zem, čo vedie k hmotnosti alebo medzi telom a povrchom, na ktorom sa pohybuje, ktoré pochádzajú z trenia a trenia. normálny.

Pozorovateľ stojaci na okraji cesty a kto vidí auto, aby dal krivku, je dobrým príkladom zotrvačného referenčného systému. Pre tohto pozorovateľa sa auto točí, pretože pôsobí silou nasmerovanou do stredu krivky, čo ho núti, aby sa z neho nedostal. Je to o centripetálna sila produkovaná trením medzi pneumatikami a chodníkom.

V inerciálnom referenčnom systéme sa nezobrazuje odstredivá sila. Preto prvým krokom na výpočet je starostlivo zvoliť referenčný systém, ktorý sa použije na opis pohybu.

Môže vám slúžiť: citlivé teplo: koncept, vzorce a cvičenia vyriešené

Nakoniec by sa malo poznamenať, že inerciálne referenčné systémy by nemali byť nevyhnutne v pokoji, napríklad pozorovateľ, ktorý sa pozerá na vozidlo, aby dal krivku. Inerciálny referenčný systém, známy ako Laboratórny referenčný rámec, Môže to byť tiež v pohybe. Samozrejme, s konštantnou rýchlosťou, pokiaľ ide o zotrvačnosť.

Diagram voľného tela v zotrvačnom a neinerciálnom systéme

Na ďalšej postave vľavo, pozorovateľ alebo stojí a pozerá sa na O ', ktorý je na platforme, ktorá sa točí v uvedenom smere. Pre O, čo je inerciálny rám, určite alebo 'sa udržiava otočením kvôli centripetálnej sile F_c vyrobené mriežkou stenou na zadnej strane O '.

Obrázok 2. Osoba stojaca na rotujúcej platforme je viditeľná z dvoch rôznych referenčných systémov: jeden pevný a ten, ktorý ide s osobou. Zdroj: Santillana fyzika.

Iba v inerciálnych referenčných systémoch je platné uplatňovať Newtonov druhý zákon, ktorý uvádza, že čistá sila sa rovná produktu hmotnosti pomocou zrýchlenia. A pri tom, s zobrazeným diagramom voľného tela, sa získa:

F_c = mA_c

F_c= mv² / R

Podobne na správnom čísle existuje aj diagram voľného tela, ktorý popisuje, čo pozorovateľ vidí alebo “. Z jeho pohľadu je v pokoji, preto sú sily na ňom vyvážené.

Tieto sily sú: normálne F, že na ňu vyvíja stenu, červenou farbou a nasmerovanú do stredu a odstredivej sily F_g To ho vytlačí a ktorý nepochádza z akejkoľvek interakcie, je to neoriálna sila, ktorá sa objavuje v referenčných systémoch pri rotácii.

Centrifugálna sila je fiktívna, je vyvážená skutočnou silou, kontaktom alebo normálnou silou, ktorá ukazuje do stredu. Preto:

∑f_X = 0 → f_g - F = 0

F_g = F

Príklady

Aj keď sa odstredivová sila považuje za pseudo -prameň, jej účinky sú celkom reálne, ako je vidieť v nasledujúcich príkladoch:

- V akejkoľvek rotujúcej hre zábavného parku je prítomná odstredivá sila. Stará sa na to, že „utekáme z centra“ a ponúka neustály odpor, ak sa pokúsite kráčať smerom do stredu pohybujúceho sa karuselu. V nasledujúcom kyvadle môžete vidieť odstredivú silu:

Môže vám slúžiť: Eugen Goldstein: Životopis, príspevky a objavy

https: // giphy.com/gifs/jtu3pnmkqomqdujwmo

- Účinok Coriolis vyplýva z suchozemskej rotácie, ktorá spôsobuje, že Zem prestane byť inerciálnym rámcom. Potom sa objaví sila Coriolis, že pseudo-force, ktorá laterálne odvádza predmety, rovnako ako u ľudí, ktorí sa snažia chodiť po rotujúcej platforme.

https: // giphy.com/gifs/the-x-files-Sully-Mulder-Funlgylkhobs

Cvičenia

Cvičenie 1

Auto, ktoré sa otáča s zrýchlením Do Vpravo nosí vypchatú hračku visnú z vnútorného spätného zrkadla. Nakreslite a porovnajte diagramy tela bez hračiek z:

a) Zotrkový referenčný rámec pozorovateľa stojaceho na ceste.

b) Cestujúci cestujúci v aute.

Roztok

Pozorovateľ stojaci na ceste varuje, že hračka sa pohybuje rýchlo, s zrýchlením Do doprava.

Obrázok 3. Diagram voľného tela na cvičenie 1A. Zdroj: f. Zapata.

Na hračke pôsobia dve sily: Na jednej strane napätie v lane v lane Tón a vertikálna hmotnosť nadol W. Hmotnosť je vyvážená vertikálnou zložkou napätia Tcosθ, preto:

W - tcosθ = 0

Horizontálna zložka napätia: Tón. Senátor Je to nevyvážená sila zodpovedná za zrýchlenie napravo, preto centripetálna sila je:

F_c= T.Senθ = MA_c

Riešenie B

Pre cestujúceho v aute hračka visí v rovnováhe a diagram je nasledujúci:

Obrázok 4. Diagram bezplatného tela na cvičenie 1b. Zdroj: f. Zapata.

Rovnako ako v predchádzajúcom prípade je kompenzovaná hmotnosť a vertikálna zložka napätia. Ale horizontálna zložka je vyvážená fiktívnou silou F_g = mA, tak to:

-mA + tsenθ = 0

F_g = mA

Cvičenie 2

Mena je na okraji starých vinylových úloh, ktorých polomer je 15 cm a otáča sa rýchlosťou 33 otáčok / minútu. Nájdite minimálny statický koeficient trenia potrebný na udržiavanie meny, pomocou meny meny.

Riešenie

Na obrázku je diagram voľného tela pre pozorovateľa, ktorý sa pohybuje s menou. Normálny N To, že ropuchy vyvíjajú vertikálne smerom nahor, sa vyrovnáva s hmotnosťou W, zatiaľ čo odstredivka F_g je kompenzovaný statickým trením F_{dotýkať sa}.

Obrázok 5. Diagram bezplatného tela pre cvičenie 2. Zdroj: f. Zapata.

N - w = 0

F_{dotýkať sa} - F_g = 0

Veľkosť odstredivej sily je Mv²/R, Ako je uvedené na začiatku, potom:

F_{dotýkať sa} = F_g = mv²/R

Na druhej strane, statická trecia sila je daná:

Môže vám slúžiť: Volt alebo Volt: koncept a vzorce, rovnocennosti, príklady

F_{Reco =} μ_siež.N

Kde μ_siež Je to statický koeficient trenia, uvoľnené množstvo, ktorého hodnota závisí od toho, ako sú povrchy v kontakte. Výmena tejto rovnice zostáva:

μ_siež.N = mv²/R → μ_siež = mv²/R.N

Bolo by potrebné určiť veľkosť normálnej, ktorá súvisí s hmotnosťou podľa n = mg. Znovu nahradenie:

μ_siež = mv²/R.mg → μ_siež = v²/Rg

Späť k vyhláseniu to uvádza, že mena sa točí rýchlosťou 33 otáčok /minútu, čo je uhlová rýchlosť alebo uhlová frekvencia Ω, súvisiace s lineárnou rýchlosťou vložka:

v = Ω.R = 33 rev/min . 2π Radiany/Rev . 15 cm . (1 min/60 s) = 51. 8 cm/s

μ_siež = v²/Rg = (51.8 cm/s)²/ (15 cm x 981 cm/ s²) = 0.18

Výsledky tohto cvičenia by boli rovnaké ako keby ste vybrali inerciálny referenčný systém. V tomto prípade je jedinou silou schopnou pôvodom zrýchlenia smerom do stredu statický dotyk.

Žiadosti

Ako sme hovorili, odstredivá sila je fiktívna sila, ktorá sa neobjavuje v zotrvačných rámcoch, ktoré sú jediné, v ktorých sú Newtonove zákony platné. V nich je centripetálna sila zodpovedná za poskytnutie potrebného zrýchlenia smerom do stredu tela.

Centripetálna sila nie je iná sila ako už známa sila. Naopak, práve to je, že v prípade potreby zohrávajú úlohu centripetálnych síl. Napríklad gravitácia, ktorá spôsobuje obežnú dráhu mesiaca.

Avšak, ako oplývajú zrýchlené referenčné systémy, fiktívne sily majú veľmi skutočné účinky. Pre vzorku sú tu tri dôležité aplikácie, v ktorých majú hmatateľné účinky:

Odstredivky

Odstredivky sú v laboratóriu široko používané nástroje. Zámerom je, aby sa zmes látok zmenila vysokou rýchlosťou a tie látky s väčšou hmotnosťou zažívajú väčšiu odstredivú silu podľa rovnice opísanej na začiatku.

Potom sa najmasívnejšie častice budú mať tendenciu sa pohybovať od osi rotácie, a tak sa oddeliť od najľahších, ktoré zostanú bližšie k stredu.

Práčky

Automatické práčky majú rôzne cykly stláčania. V nich sú odevy odstredené, aby sa eliminovala zvyšná voda. Viac revolúcií cyklu, menej mokré, bude oblečenie na konci umývania.

Krivka perralt

Autá berú krivky na cestách lepšie, a to vďaka cesty, ktorá sa trochu naklonila smerom k stredu krivky, čo je známe ako Peralte. Týmto spôsobom auto nezávisí výlučne od statického trenia medzi pneumatikami a cestou na dokončenie zákruty bez opustenia krivky.

Odkazy

1. Acosta, Victor. Konštrukcia didaktického sprievodcu o odstredivej sile pre cyklus študentov v stupni 10.Získané z: BDIGITAL.i.Edu.co.
2. Tobolka. Zákony o pohybe: pohyčný obežník. Získané z: Toppr.com.
3. Resnick, r. (1999). Fyzický. Zvuk. 1. 3. vydanie. v španielčine. Kontinentálna redakčná spoločnosť s.Do. c.Vložka.
4. Autonómna univerzita štátu Hidalgo. Odstredivá sila. Získané z: UAEH.Edu.mx
5. Wikipedia. Odstredivky. Obnovené z: je.Wikipedia.orgán.