Centripetális erő

A centrális erő a testre ható erők azon összetevőjének a neve , amely a testet elfordítja (vagyis olyan pályán mozog, amelynek görbületi sugara a test elhelyezkedésének pontjában nem tekinthető egyenlőnek végtelenség). Ez a test pillanatnyi sebességvektorára merőleges komponens [1] .

Egy adott pontban görbületi sugarú pálya kialakításához centripetális erő szükséges , ahol a centripetális gyorsulás egy adott pontban, a test tömege , a sebessége egy adott pontban és a szögsebessége egy adott ponton. $r$ $F_c = m a_c = m \frac{v^2}{r} = m \omega^2 r$ $a_{c}$ $m$ $v$ $\omega$

Fizikai jelentés

A test gyorsulása a traktor bármely pontján felbontható érintőlegesre , azaz a sebességgel párhuzamosra és normálra (egyben centripetálisra is) , a sebességre merőlegesre. A jelenlét az, ami megváltoztatja a test mozgási irányát, elfordítva a pályát, és a sugár görbületének sebességnél történő kialakulásához ennek a gyorsulásnak egyenlőnek kell lennie a , vagy ami megegyezik , ahol a szögsebesség a test egy adott pontjában a pillanatnyi forgásközépponthoz képest (az első és a második képlet közötti kapcsolat nyilvánvaló, mivel ). Newton második törvénye szerint a test megfigyelt gyorsulása a rá ható erők összegének felel meg. Ez igaz az inerciális vonatkoztatási rendszerekre , és a d'Alembert-elv szerint ez a megfelelő tehetetlenségi erők bevezetésével igaz a nem inerciarendszerekre is . A testre ható erők centripetális gyorsulásnak megfelelő összetevőjét centripetális erőnek ( ) nevezzük. $\vec {a_c}$ $\vec {a_c}$ $r$ $v$ $v^{2}/r$ $\omega^2 r$ $\omega$ $v = \omega r$ $\vec {F_c} = m \vec {a_c}$

A centripetális erő nem független erő, és csak a testre ható erők összegének két komponensre való formális felbomlásának eredménye - a mozgási pálya érintője mentén és keresztben. Egy test egyenletes (vagyis állandó szögsebességű) mozgása esetén, egyetlen, a forgásközéppont irányába ható erő hatására (pl. egy menet feszítőereje). test középpontjával, vagy ha egy körpályán mozog a gravitációs erőtérben), ez az erő mind centripetális. A sebességvektorra merőlegesen irányul, nem végez munkát egy teljes körre, a test mozgási energiája nem változik. Ez a mozgás a végtelenségig folytatódhat.

Általános esetben, ha nem körpályán haladunk, a forgás középpontja nem a testre ható erők összegének irányába esik. Így például, amikor a Föld elliptikus pályáján kering a Nap körül , a Föld és a Nap kölcsönös gravitációs ereje, amely a Földre hat, csak az aphelionban és a perihéliumban válik teljesen centripetálissá . Ebben az esetben a kapcsolási reakció erejének tangenciális összetevője működik, ami a test kinetikus energiájának növekedéséhez (gyorsításkor) vagy csökkenéséhez (fékezéskor) vezet. Ez időszakonként megtörténik az Univerzumban, amikor az égitestek Kepleri elliptikus pályákon mozognak egy közös súlypont körül, mivel a kötőerők munkája egy teljes fordulathoz nulla. Ezenkívül a pillanatnyi forgásközéppont szisztematikus előrelépése miatt az erő alkalmazási pontjának eltolásával megpördülnek, például egy heveder .

Ahogyan a testek sebessége, gyorsulása és pályája a választott vonatkoztatási rendszertől függ, a vonatkoztatási rendszer megválasztása azt is meghatározza, hogy az erők összegének melyik részét kell centripetálisnak tekinteni. Egy mozgó testhez közvetlenül kapcsolódó vonatkoztatási rendszerre áttérve természetesen a pályát a vonatkoztatási rendszer közepén lévő fix pontra redukáljuk, és ennek megfelelően ebben a vonatkoztatási rendszerben nem beszélhetünk. vagy ennek a testnek a centripetális gyorsulásáról, vagy a megfelelő erőről . És fordítva, áttérve a testekhez képest forgó vonatkoztatási rendszerre, megkapjuk ezeknek a testeknek a görbe vonalú pályáit, a megfelelő centripetális gyorsulásokat és ennek megfelelően a centripetális erőket.

A " centrifugális erő " fogalma szorosan kapcsolódik a "centripetális erő" fogalmához, valamint az inerciális vonatkoztatási rendszerből a forgó, nem tehetetlenségi rendszerbe való átmenethez.

Az egyik vonatkoztatási rendszerből a másikba való átmenet megértésének bonyolultsága miatt, különösen, ha dinamikusan változó gyorsulással mozognak egymáshoz képest, a centripetális és centrifugális erők fogalma számos vitát és félreértést okoz.

Jegyzetek

↑ Centripetális erő / Samsonov V. A. // Nagy Orosz Enciklopédia : [35 kötetben] / ch. szerk. Yu. S. Osipov . - M . : Nagy orosz enciklopédia, 2004-2017.

Irodalom

Frish S. A. és Timoreva A. V. Általános fizika kurzus, Tankönyv az állami egyetemek fizikai-matematikai és fizikai-műszaki karai számára. - M. : GITTL, 1957. - T. 1.