Centripetalna sila je definirana kao Snaga djelujući na tijelo koje se kreće kružnom stazom koja je usmjerena prema sredini oko koje se tijelo kreće. Izraz potječe od latinskih riječi centrum za "centar" i petere, što znači "tražiti."
Centripetalna sila može se smatrati silom koja traži središte. Njegov je smjer pravokutan (pod pravim kutom) prema gibanju tijela u smjeru prema središtu zakrivljenosti putanje tijela. Centripetalna sila mijenja smjer kretanja objekta bez promjene njegovog ubrzati.
Ključni odvodi: Centripetalna sila
- Centripetalna sila je sila na tijelo koje se kreće u krugu koja usmjerava prema unutra oko točke oko koje se objekt kreće.
- Sila u suprotnom smjeru, usmjerena prema sredini rotacije, naziva se centrifugalna sila.
- Za rotirajuće tijelo su centripetalne i centrifugalne sile jednake po veličini, ali suprotne u smjeru.
Razlika između centripetalne i centrifugalne sile
Dok centripetalna sila djeluje na povlačenje tijela prema središtu točke rotacije, centrifugalna sila (sila „bježeći u središtu“) odguruje se od središta.
prema Newtonovom prvom zakonu, "tijelo u mirovanju ostat će u mirovanju, dok će tijelo u pokretu ostati u pokretu, ako na njega ne djeluje vanjska sila." U drugim riječima, ako su snage koje djeluju na jedan objekt izbalansirane, objekt će se nastaviti kretati neprekidnim tempom bez ubrzanje.
Centripetalna sila omogućuje tijelu da slijedi kružni put bez odletavanja po tangenti neprekidno djelujući pod pravim kutom prema svojoj putanji. Na taj način, on djeluje na objekt kao jedna od sila iz Newtonovog prvog zakona, zadržavajući na taj način inerciju.
Newtonov Drugi zakon primjenjuje se i u slučaju potreba za centripetalnom silom, što kaže da ako se objekt želi kretati u krugu, neto sila koja djeluje na njega mora biti prema unutra. Newtonov drugi zakon kaže da predmet koji se ubrzava podvrgava neto sili, pri čemu je smjer neto sile jednak smjeru ubrzanja. Za objekt koji se kreće u krugu mora biti prisutna centripetalna sila (neto sila) koja se suprotstavlja centrifugalnoj sili.
S gledišta nepomičnog predmeta na rotirajućem referentnom okviru (npr. Sjedalo na ljuljački) centripetalni i centrifugalni su jednaki po veličini, ali su suprotno smjeru. Centripetalna sila djeluje na tijelo u pokretu, dok centrifugalna sila ne. Iz tog razloga se centrifugalna sila ponekad naziva „virtualnom“ silom.
Kako izračunati centripetalnu silu
Matematički prikaz centripetalne sile iznio je nizozemski fizičar Christiaan Huygens 1659. godine. Za tijelo koje slijedi kružnim putem s konstantnom brzinom, polumjer kružnice (r) jednak je masi tijela (m) umanjenom kvadraturi od brzina (v) podijeljeno s centripetalnom silom (F):
r = mv2/ F
Jednadžba se može preurediti radi rješavanja centripetalne sile:
F = mv2/ r
Važna točka koju biste trebali primijetiti iz jednadžbe je da je centripetalna sila proporcionalna kvadratu brzine. To znači da je udvostručena brzina objekta potrebna četiri puta od centripetalne sile da se objekt kreće u krugu. Praktični primjer za to je vidljiv pri oštrom zavoju s automobilom. Ovdje je trenje jedina sila koja gume vozila drži na cesti. Povećanje brzine uvelike povećava silu, pa klizanje postaje vjerojatnije.
Također imajte na umu da izračunavanje centripetalne sile pretpostavlja da na objekt ne djeluju dodatne sile.
Formula centripetalnog ubrzanja
Drugi uobičajeni proračun je centripetalno ubrzanje, a to je promjena brzine podijeljena s promjenom vremena. Ubrzanje je kvadrat brzine podijeljen s polumjerom kruga:
Δv / Δt = a = v2/ r
Praktične primjene centripetalne sile
Klasičan primjer centripetalne sile je slučaj da se objekt zamahne konopom. Ovdje napetost na konopu opskrbljuje centripetalnom "vučnom" silom.
Centripetalna sila je "push" sila u slučaju vozača motocikla na Wall of Death.
Centripetalna sila koristi se za laboratorijske centrifuge. Čestice koje su suspendirane u tekućini odvojene su od tekućine ubrzavanjem epruveta usmjerene tako da se teže čestice (tj. predmeti veće mase) povlače prema dnu cijevi. Dok centrifuge obično odvajaju krute tvari od tekućina, one također mogu frakcionirati tekućinu, kao u uzorcima krvi, ili zasebne komponente plinova.
Plinske centrifuge koriste se za odvajanje težeg izotopskog urana-238 od lakšeg izotopa urana-235. Teži izotop je povučen prema van s vanjskim cilindrom. Teška frakcija se ocijedi i pošalje u drugu centrifugu. Proces se ponavlja sve dok plin nije dovoljno "obogaćen".
Tekući zrcalni teleskop (LMT) može se napraviti okretanjem reflektora tekući metal, kao što je živa. Zrcalna površina poprima paraboloidni oblik jer centripetalna sila ovisi o kvadratu brzine. Zbog toga je visina metala koji se vrti proporcionalno kvadratu njegove udaljenosti od središta. Zanimljiv oblik pretpostavljenog tekućinom za predenje može se primijetiti vrtenjem kante vode stalnom brzinom.