Центрифугална сила - непријатељ или савезник
Онај ко је упознат Стари завјет Свето писмо, лако се сећати приче о борби између Давида и Голијата. Страшни див је убијен уз помоћ праћке. Али ремен је потпуно стварни предмет, најједноставнији уређај, оружје које је коришћено у време када се прамац сматрао напредном техником. Најранији артефакти пронађени током ископавања, класификовани као слинг, стари су десет хиљада година. Морам рећи да, упркос изузетно једноставном уређају, ремен није био тако безопасан. Камен, који је руком искусног металца пустио из праћке, полетио је према непријатељу брзином од око стотину метара у секунди. Максимална стварно забележена удаљеност била је већа од 400 метара.
Који физички закони су засновани на тако импресивним резултатима? Одговор: Почетна брзина према камену (а касније и метални кугласти пројектил) дат је управо овом мистериозном центрифугалном силом, која није јасна одакле. Поред слинга, овај физички феномен је основа за стварање много више и многих других машина и механизама које човек користи.
Опис силе са становишта физике
Веома често, људи, а понекад и застрашујуће, чак и студенти техничких универзитета користе такав израз као центрипетална сила у разговору, идентификујући је центрифугалном силом. Наравно, ова два термина имају много тога заједничког, иако то нипошто није иста ствар. Да бисмо боље схватили о којим феноменима говоримо, морамо се сјетити мале школске физике.
Шта је инерција. Ротирајући метак тежи око 9 грама. Ако га баците око метра и затим га ухватите руком (брзина мања од 1.0 м / с), можете осјетити благи ударац. Исти метак испаљен из оружја и летио брзином од око 500 м / с. лако се пробија кроз боровину плочу дебљине од једног инча. И коначно, комадић свемирских остатака исте масе који лети у орбити прва космичка брзина (8 000 м / с.), Као комад маслаца, лако ће шивати кроз тешки тенк.
Свако тело са масом м и које се креће брзином В има кинетичка енергија :
За бачене метке:
Е = 0.009 2 1 2/2 = 0.0045 Ј.
За пиштољ:
Е = 0.009 2 500 2/2 = 1 125 Ј.
За свемирске остатке:
Е = 0,009 000 8 000 2/2 = 288 000 Ј
Да би се покретно тело зауставило, потребно је применити исту енергију; да би се непокретно тело распршило на такву брзину, потребно је потрошити исту енергију.
Сада замислите да је одређено тело, лети у правој линији, принуђено да промени смер кретања.
Тијело приказано на слици има брзину у смјеру к-оси - В к , промјеном смјера кретања даје брзину у смјеру оси ординате - В и , на којој је, према томе, потребно трошити енергију:
Коначно, наоружани знањем инерције, можете се вратити у ремен. Укратко, ово је камен (оптерећење), ротирајући се дуж кружне стазе на нити.
Тело са масом м, не држи своју нит, лети ће право (што је, у ствари, искусио Голијат), али држање конца стално мења свој правац. Очигледно, то се дешава под дејством неке силе, која се обично назива центрипетална сила - Ф цц . У овом случају, то је сила затезања конца.
Али зашто у овом случају камен не улази у руку слингера? Разлог је трећи закон бриљантног Невтона, који каже да свака сила која се примењује на објекат генерише реакциону силу једнаку по величини и супротну у правцу. Тако настаје центрифугална сила Ф цб .
Животни примјери
Није случајно да се на почетку чланка разматра ремен - најједноставнији примјер дјеловања центрифугалне силе, који је лакше симулирати, покушати и осјетити. Али поред тога, ова физичка количина је присутна у бројним стварима и предметима који нас свакодневно окружују. Дакле, центрифугална сила, која ради у свитцима сигурносних појасева, чини путовање сигурним.
Љубитељи риболова уопште не би могли да раде свој омиљени хоби без ове моћи и онда нам кажете глупости. На примјер, бацање тешког корита - један на један имитација борбених ремена. А превртање или шарана у руци рибара није ништа друго него исто оружје, само уместо смртоносног камена - кашика, воблер или шаблона.
Како израчунати центрифугалну силу
Скаларна магнитуда центрифугалне силе израчунава се по формули:
где:
Ф - жељена вредност центрифугалне силе, Х;
м је телесна тежина, кг;
В - брзина кретања тела, м / с;
р је полупречник ротације, м
Примери калкулација
Израчунамо силу којом се камен избацује из прага: дужина траке је 1 метар од руке ремена до кревета. Ратник окреће оружје брзином од 2 окретаја у секунди. У ремену је камен тежине 200 грама.
Л = 2πР = 2 4 3.14 1 = 6.28 м.
Тако други камен лети 2 2 Л = 6,28 2 = 12,56 м, то је његова брзина - 12,56 м / с.
Тражена вредност је следећа:
Ф = мВ 2 / р = 0,2 кг .5 12,56 2/1 = 31,55 Н.
Снага пуштена у рад
Постоји много примера где центрифугална сила ради корисно. Поред борбе за бацање оружја, одлично ради иу модерним спортовима. Техника бацања чекића и, у мањој мери, диск се заснива на томе да брзина пројектила буде прецизно одмотана.
Хиљаде различитих машина имају принцип рада заснован на употреби центрифугалне силе. Нема потребе да идете далеко, само запамтите име једне од најчешћих врста пумпи. А име је "центрифугално". Унутар тзв "Пужни" точак са лопатицама извлачи неку врсту радног флуида (течности или гаса). Након тога, услед центрифугалних сила, формира се повишени простор притиска на спољњем зиду обима пумпе, а смањена површина се формира у центру пужнице, где је брзина ротације минимална. Тако, транспортовани медијум, који је ушао у шупљину пумпе кроз млазницу у централном делу, избачен је под притиском кроз излаз у спољном зиду.
А ово је само један пример. Центрифугалне силе раде у свим врстама машина за чишћење у пољопривреди. Принцип одвајања (сепарације) расутих материјала заснива се на разлици енергије произведене честицама услед различите густине и масе.
И, на крају, пример најобичнијих живота, за размишљање о коме не морате ићи на стадион или у житни канал. Погледајте само како најобичнија машина за прање рубља ради на окретању. Постељина се притисне уз зидове бубња због центрифугалне силе, тако да након притиска на 1000 о / мин. доње рубље постаје суво.
Кад се боре с њом
Али није увек центрифугална сила пожељна. У неким случајевима се мора борити. Детаљи великих величина у алатним машинама, бродским механизмима у моторима рударски камиони доживљава током ротације огромна оптерећења. Сваки више или мање тешки конструкциони елемент, фиксиран на ротирајућу основу, има тенденцију да се скине и одлети у правцу супротном од центра ротације. На пример, оштрице хеликоптера - уопштено гледано, цела наука.
Сваки возач зна да на клизавом путу аутомобил такође пуше у правцу супротном од закривљености платна. Понекад можете видети како на најоштријим угловима градитељи путева посебно праве предрасуде према центру закривљености.
Центрифугална сила у природи
Јасан пример испољавања центрифугалне силе у природи може да служи као осека и ток у екваторијалним областима. Чињеница је да се не само Месец окреће око Земље. Наша планета, иако је много тежа од свог сателита, још увијек је мало "плеше" уз њу, лагано се окрећући око ње у малом радијусу. То доводи до чињенице да се у два подручја - усмерена ка Месецу и супротном - као што су грбови вода светског океана, формирају.
Успут, Месец из плимних сила је добио више. Они су зауставили његову ротацију око своје осе. Захваљујући центрифугалној сили, становници плаве планете могу да виде само једну страну свог природног сателита.
Кратак резиме
Дакле, центрифугална сила је одговор на центрипеталну силу. Скаларна магнитуда центрифугалне силе је директно пропорционална производу телесне масе квадратом њене линеарне брзине и обрнуто пропорционална радијусу ротације. Вектор силе пролази кроз центар ротације и има правац - од њега.