Centrifugalna sila - sovražnik ali zaveznik

Tisti, ki ga pozna Stara zaveza Sveto pismo, zlahka se spomnite zgodbe o bitki med Davidom in Goliathom. Strašni velikan je bil ubit s pomočjo zanke. Ampak zanko je povsem stvarni predmet, najpreprostejša naprava, orožje, ki je bilo uporabljeno v času, ko je bil lok premaknjen kot napredna tehnika. Najzgodnejši artefakti, ki so jih odkrili med izkopavanji, razvrščeni kot zanke, so stari deset tisoč let. Moram reči, da kljub izjemno preprosti napravi sling ni bil tako neškodljiv. Kamen, ki ga je z roko izkušenega kovinskega delavca izpustil iz zanke, je proti sovražniku odletel s hitrostjo okoli sto metrov na sekundo. Največja dejansko zabeležena razdalja metanja je bila več kot 400 metrov.

Kateri fizikalni zakoni temeljijo na tako impresivnih rezultatih? Odgovor: Začetno hitrost do kamna (in kasneje v kovinski kroglični projektil) je dala prav ta skrivnostna centrifugalna sila, ki ni jasna od kod. Ta fizikalni pojav je bil poleg zanke tudi osnova za ustvarjanje veliko več in več drugih strojev in mehanizmov, ki jih uporablja človek.

Opis sile s stališča fizike

Zelo pogosto, ljudje in včasih, je strašno reči, celo študenti tehničnih univerz uporabljajo tak izraz kot centripetalna sila v pogovoru in jo identificirajo s centrifugalno silo. Seveda imata oba izraza veliko skupnega, čeprav to nikakor ni isto. Da bi dobili boljšo predstavo o pojavih, o katerih govorimo, se moramo spomniti na malo šolske fizike.

Kaj je vztrajnost. Vrtljiva krogla tehta približno 9 gramov. Če ga vrnete približno meter in ga nato ujamete z roko (hitrost manj kot 1,0 m / s), lahko začutite rahlo potresanje. Ista krogla strelja iz orožja in pluje s hitrostjo okoli 500 m / s. z lahkoto se prebije skozi borovino, debelino palca. In končno, kos vesoljskih odpadkov iste mase, ki plujejo v orbiti prva kozmična hitrost (8 000 m / s.), Kot kos masla, se z lahkoto šiva skozi težko cisterno.

Vsako telo z maso m in ki se premika s hitrostjo V ima kinetična energija :

Za metlo:

E = 0,009 2 1 2/2 = 0,0045 J.

Za strelno pištolo:

E = 0,009 2 500 2/2 = 1 125 J.

Za vesoljske odpadke:

E = 0,009 000 8 000 2/2 = 288 000 J

Da se premikajoče telo ustavi, je potrebno uporabiti isto energijo; da bi razpršili nepremično telo na takšno hitrost, je potrebno porabiti enako energijo.

Predstavljajte si, da je določeno telo, ki pluje v ravni liniji, prisiljeno spremeniti smer gibanja.

Telo, ki je prikazano na sliki, ima hitrost v smeri osi x - V ^x , spreminjanje smeri gibanja ji daje hitrost v smeri ordinatne osi - V ^y , na kateri je zato potrebno porabiti energijo:

Končno, oboroženi z znanjem vztrajnosti, se lahko vrnete v zanko. Skratka, to je kamen (obremenitev), ki se vrti po krožni poti na nitki.

Telo z maso m, ki ne drži svoje niti, bo letelo naravnost (kar je v resnici doživelo Golijata), vendar ga drži nit nenehno spreminja svojo smer. Očitno se to zgodi pod vplivom neke sile, ki jo običajno imenujemo centripetalna sila - F _cc . V tem primeru je to napetostna sila navoja.

Toda zakaj v tem primeru kamen ne leti v roko slingerja? Razlog je tretji zakon briljantnega Newtona, ki navaja, da vsaka sila, uporabljena na objektu, ustvari reakcijsko silo, enako velikostjo in nasprotno v smeri. Tako nastane centrifugalna sila F _cb .

Življenjski primeri

Ni naključje, da se na začetku članka šteje zanko - najpreprostejši primer delovanja centrifugalne sile, ki jo je lažje simulirati, poskusiti in občutiti. Toda poleg tega je ta fizična količina prisotna v številnih stvareh in predmetih, ki nas vsak dan obdajajo. Torej centrifugalna sila, ki deluje v kolobarjih varnostnih pasov, omogoča potovanje varno.

Ljubitelji ribolova ne bi mogli brez svoje moči narediti svojega najljubšega hobija in nam povedati neumnosti. Na primer, metanje težka korita - ena na ena imitacija bojne zanke. In predenje ali krap v roki ribiča ni nič drugega kot isto orožje, samo namesto smrtonosnega kamna - žlica, vobler ali šablona.

Kako izračunati centrifugalno silo

Skalarna magnituda centrifugalne sile se izračuna po formuli:

kjer:

F - želena vrednost centrifugalne sile, H;

m je telesna teža, kg;

V - hitrost gibanja telesa, m / s;

r je polmer vrtenja, m

Primeri izračunov

Izračunamo silo, s katero se kamen potisne iz zanke: dolžina pasu je 1 meter od roke zanke do postelje. Bojevnik vrti orožje s hitrostjo 2 obrata na sekundo. V zanki je kamen, ki tehta 200 gramov.

Območje :

L = 2πR = 2 4 3.14 1 = 6.28 m.

Tako drugi kamen leti z 2 2 L = 6,28 2 = 12,56 m, to je njegova hitrost - 12,56 m / s.

Iskana vrednost je naslednja:

F = mV ² / r = 0,2 kg .5 12,56 2/1 = 31,55 N.

Začetek uporabe sile

Obstaja veliko primerov, kjer centrifugalna sila deluje koristno. Poleg boja proti metanju orožja deluje tudi v sodobnih športih. Tehnika metanja kladiva in v manjši meri disk temelji na tem, da se hitrost projektila natančno odvija.

Na tisoče različnih strojev ima načelo delovanja, ki temelji na uporabi centrifugalne sile. Ni treba iti daleč, samo zapomnite si ime enega najpogostejših vrst črpalk. In ime je "centrifugalno". V notranjosti ti "Polž" kolo z rezili vrti nekaj delovne tekočine (tekočina ali plin). Po centrifugalnih silah se na zunanji steni oboda črpalke tvori povišano tlačno območje, v središču polža pa se oblikuje zmanjšano območje, kjer je vrtilna hitrost minimalna. Tako se transportni medij, ki je vstopil v votlino črpalke skozi šobo v osrednjem delu, iztisne pod pritiskom skozi izstop v zunanji steni.

In to je samo en primer. Centrifugalne sile delujejo v vseh vrstah čistilnih strojev v kmetijstvu. Načelo ločevanja (ločevanja) sipkih materialov temelji na razliki v energiji, ki jo proizvajajo delci zaradi različne gostote in mase.

In končno, primer najbolj vsakdanjega življenja, za razmišljanje o katerem vam ni treba iti na stadion ali na trg zrn. Oglejte si, kako najbolj običajen pralni stroj deluje na vrtenje. Perilo se zaradi centrifugalne sile stisne ob stene bobna, tako da po pritisku na 1000 vrt / min. perilo dobi skoraj suh avto.

Ko se borijo z njo

Vendar ni vedno zaželena centrifugalna sila. V nekaterih primerih se je treba boriti. Podrobnosti o velikih velikostih v obdelovalnih strojih, ladijskih mehanizmih v motorjih rudniški tovornjaki med rotacijo doživite ogromne obremenitve. Vsak bolj ali manj težek konstrukcijski element, pritrjen na vrtečo se podlago, nagiba, da izstopi in odleti v nasprotni smeri od središča vrtenja. Mount, na primer, helikopter rezila - na splošno celotno znanost.

Vsak voznik ve, da na spolzki cesti tudi avto piha v nasprotni smeri od ukrivljenosti platna. Včasih lahko vidite, kako na najostrejših vogalih gradbeniki ceste posebej naredijo pristranskost proti središču ukrivljenosti.

Centrifugalna sila v naravi

Jasen primer manifestacije centrifugalne sile v naravi lahko služi kot plimovanje in tok v ekvatorialnih regijah. Dejstvo je, da se okrog Zemlje ne vrti le luna. Naš planet, čeprav je precej težji od svojega satelita, se mu še vedno malo »pleše« in se okrog rahlo vrti ob majhnem polmeru. To vodi do dejstva, da se na dveh območjih - usmerjenih na Luno in na nasprotne - kot grbine vodnih svetovnih oceanov oblikujejo.

Mimogrede, luna iz plimskih sil je dobila več. Prav oni so ustavili njegovo rotacijo okoli svoje osi. Zaradi centrifugalne sile lahko prebivalci modrega planeta vidijo le eno stran svojega naravnega satelita.

Kratek povzetek

Tako je centrifugalna sila odgovor na centripetalno silo. Skalarna magnituda centrifugalne sile je neposredno sorazmerna zmnožku telesne mase s kvadratom njene linearne hitrosti in obratno sorazmerna s polmerom vrtenja. Vektor sile gre skozi središče vrtenja in ima smer - od nje.