Sentrifugalkraftformler, hvor beregnede, eksempler, øvelser

De sentrifugalkraft har en tendens til å skyve ut kroppene som gjør en kurve. Det regnes som en fiktiv kraft, Pseudofuerza enten treghetskraft, fordi det ikke er forårsaket av interaksjoner mellom virkelige objekter, men er en manifestasjon av treghet av kroppene. Treghet er eiendommen som gjør at gjenstander ønsker å holde hvile eller ensartet rettlinjet bevegelse, hvis de har den.

Begrepet "sentrifugal kraft" ble myntet av forsker Christian Huygens (1629-1695). Han bekreftet at planetenes krumlinje bevegelse ville ha en tendens til å flytte dem bort med mindre solen utøvde en viss styrke for å beholde dem og beregnet at denne kraften var proporsjonal med kvadratet av hastigheten og omvendt proporsjonal med radiusen til den beskrevne omkretsen.

Figur 1. Når du gir en kurve, opplever passasjerene en styrke som har en tendens til å få dem ut av den. Kilde: Libreshot.

For de som reiser med bil, er sentrifugalkraft ikke fiktiv i det hele tatt. Passasjerene av en bil som vender seg til høyre føler seg kjørt til venstre, og omvendt, når bilen svinger til venstre, opplever folk en styrke til høyre, som ser ut til å ønske å flytte dem bort fra midten av kurven.

Størrelsen på sentrifugalkraften F_g Det beregnes ved følgende uttrykk:

 Hvor:

-F_g Det er størrelsen på sentrifugalkraft

-m Det er massen til objektet

-v Det er hastighet

-R Det er radien til den buede banen.

Kraft er en vektor, derfor brukes fet bokstav for å skille den fra dens størrelse, som er en skalar.

Du må alltid huske på det F_g vises bare når bevegelsen er beskrevet ved hjelp av et akselerert referansesystem.

I eksemplet som er beskrevet i begynnelsen, utgjør turen som roterer en akselerert referanse, siden den krever centripetal akselerasjon, slik at jeg kan snu.

[TOC]

Hvordan beregnes sentrifugalkraft?

Valget av referansesystemet er viktig for å forstå bevegelsen. Et akselerert referansesystem er også kjent som ikke -inertialsystem.

I denne typen systemer, som en bil som roterer, vises fiktive krefter som sentrifugalkraft, hvis opprinnelse ikke er et reelt samspill mellom objekter. En passasjer kunne ikke si hva som skyver ham ut av kurven, han kan bare bekrefte hva som skjer slik.

På den annen side, i et treghetsmessig referansesystem, gis interaksjonene mellom virkelige gjenstander, for eksempel kroppen i bevegelse og jorden, noe som resulterer i vekt, eller mellom kroppen og overflaten som den beveger seg, som stammer fra friksjon og normal.

En observatør som står på kanten av veien og som ser bilen for å gi kurven, er et godt eksempel på treghetsreferansesystem. For denne observatøren dreier bilen seg fordi den opptrer en styrke rettet mot midten av kurven, noe som tvinger ham til ikke å komme ut av den. Det handler om Centripetal kraft produsert av friksjon mellom dekk og fortau.

I et treghetsreferansesystem vises ikke sentrifugalkraft. Derfor er det første trinnet for å beregne det å velge referansesystemet nøye for å beskrive bevegelsen.

Det kan tjene deg: sensitiv varme: konsept, formler og øvelser løst

Til slutt skal det bemerkes at treghetsreferansesystemer ikke nødvendigvis skal være i ro, for eksempel observatøren som ser på kjøretøyet for å gi kurven. Et treghetsreferansesystem, kjent som Laboratory Reference Framework, Det kan også være i bevegelse. Selvfølgelig, med konstant hastighet angående en treghet.

Gratis kroppsdiagram i et treghets- og ikke-incielt system

I neste figur til venstre, en observatør eller står og ser på O ', som er på plattformen som dreier seg i den angitte retningen. For O, som er en treghetsramme, opprettholdes absolutt eller 'ved å snu på grunn av centripetal kraft F_c produsert av nettveggen på baksiden av O '.

Figur 2. En person som står på en roterende plattform sees fra to forskjellige referansesystemer: en fast og en som følger med personen. Kilde: Santillana Physics.

Bare i treghetsreferansesystemer er det gyldig å anvende Newtons andre lov, som sier at nettokraft tilsvarer produktets produkt ved akselerasjon. Og ved å gjøre det, med det frie kroppsdiagrammet vist, oppnås det:

F_c = Ma_c

F_c= mv² / R

Tilsvarende er det i riktig figur også et fritt kroppsdiagram som beskriver hva observatøren ser eller '. Fra hans synspunkt er han i ro, derfor er styrkene på ham balansert.

Disse kreftene er: normale F, at veggen utøver på den, i rødt og rettet mot sentrum og sentrifugalkraften F_g Det skyver det ut og som ikke stammer fra noe samspill, det er en ikke-aoriell kraft som vises i referansesystemene i rotasjon.

Sentrifugalkraften som er fiktiv, er balansert av en reell kraft, kontakten eller normalkraften som peker på sentrum. Derfor:

∑f_x = 0 → f_g - F = 0

F_g = F

Eksempler

Selv om sentrifugalkraften regnes som en pseudo -freckling, er effektene ganske reelle, som det kan sees i følgende eksempler:

- I ethvert roterende spill i en fornøyelsespark er sentrifugalkraften til stede. Hun passer på at "vi løper fra sentrum" og tilbyr konstant motstand hvis du prøver å gå mot midten av en bevegelig karusell. I den følgende pendelen kan du se sentrifugalkraften:

Kan tjene deg: Eugen Goldstein: Biografi, bidrag og funn

https: // giphy.com/gifs/jtu3pnmkqomqdujwmo

- Coriolis -effekten oppstår fra den terrestriske rotasjonen, noe som får jorden til å slutte å være en treghetsramme. Da ser kraften til Coriolis opp, at en pseudo-kraft som sideveis avleder gjenstandene, som med menneskene som prøver å gå på en roterende plattform.

https: // giphy.COM/GIFS/THE-X-FILES-SULLY-MULDER-FUNLGYLKHOBS

Øvelser

Oppgave 1

En bil som roterer med akselerasjon TIL Til høyre bærer han et utstoppet leketøy som henger fra det indre bakspeilet. Tegn og sammenlign leketøysfri kroppsdiagrammer fra:

a) Den treghetsmessige referanserammen til en observatør som står på veien.

b) En passasjer som reiser i bilen.

Løsning på

En observatør som står på veien advarer om at leken beveger seg raskt, med akselerasjon TIL til høyre.

Figur 3. Gratis kroppsdiagram for trening 1A. Kilde: f. Zapata.

Det er to krefter som handler på leketøyet: på den ene siden spenningen i tauet T og den vertikale vekten ned W. Vekten er balansert med den vertikale komponenten i spenningen Tcosθ, derfor:

W - tcosθ = 0

Den horisontale komponenten i spenningen: T. Senθ Det er den ubalanserte kraften som er ansvarlig for akselerasjonen til høyre, derfor er sentripetalstyrken:

F_c= T.Senθ = Ma_c

Løsning b

For en passasjer i bilen henger leken i balanse og diagrammet er som følger:

Figur 4. Gratis kroppsdiagram for trening 1B. Kilde: f. Zapata.

Som i forrige tilfelle blir vekten og den vertikale komponenten av spenningen kompensert. Men den horisontale komponenten er balansert med fiktiv kraft F_g = Ma, så det:

-ma + tsenθ = 0

F_g = Ma

Oppgave 2

En valuta er i utkanten av en gammel vinyloppgaver, hvis radius er 15 cm og roterer med en hastighet på 33 revolusjoner / minutt. Finn den minste statiske friksjonskoeffisienten som er nødvendig for at valutaen skal opprettholdes på plass, ved å bruke valutaenes valuta.

Løsning

I figuren er det frie kroppsdiagrammet for en observatør som beveger seg med valutaen. Det normale N At Toadiscos utøver vertikalt oppover, balanserer med vekten W, mens sentrifugalkraften F_g kompenseres ved statisk gnidning F_{ta på}.

Figur 5. Gratis kroppsdiagram for trening 2. Kilde: f. Zapata.

N - w = 0

F_{ta på} - F_g = 0

Størrelsen på sentrifugalkraften er Mv²/R, Som nevnt i begynnelsen, da:

F_{ta på} = F_g = mv²/R

På den annen side er den statiske friksjonskraften gitt av:

Kan tjene deg: Volt eller volt: konsept og formler, ekvivalenser, eksempler

F_{RECO =} μ_s.N

Hvor μ_s Det er den statiske gnidekoeffisienten, en løsnet mengde hvis verdi avhenger av hvordan overflater er i kontakt. Å erstatte denne ligningen gjenstår:

μ_s.N = mv²/R → μ_s = mv²/R.N

Det ville være nødvendig å bestemme størrelsen på den normale, som er relatert til vekten i henhold til n = mg. Erstatte igjen:

μ_s = mv²/R.mg → μ_s = v²/RG

Tilbake til uttalelsen rapporterer dette at valutaen dreier seg med en hastighet på 33 revolusjoner /minutt, som er vinkelhastighet eller vinkelfrekvens Ω, relatert til lineær hastighet v:

v = ω.R = 33 Rev/min . 2π RADIANES/REV . 15 cm . (1 min/60 s) = 51. 8 cm/s

μ_s = v²/RG = (51.8 cm/s)²/ (15 cm x 981 cm/ s²) = 0.18

Resultatene av denne øvelsen ville vært de samme som å ha valgt et treghetsreferansesystem. I dette tilfellet er den eneste kraften som er i stand til å opprinnelig akselerasjon mot sentrum, statisk berøring.

applikasjoner

Som vi har sagt, er sentrifugalkraft en fiktiv styrke, som ikke vises i treghetsrammer, som er de eneste der Newtons lover er gyldige. I dem er centripetalstyrken ansvarlig for å gi kroppen den nødvendige akselerasjonen mot sentrum.

Centripetal Force er ikke en annen styrke enn den allerede kjente. Tvert imot, det er nettopp disse som gjør rollen som sentripetale krefter når det er aktuelt. For eksempel tyngdekraften som får månen til å bane.

Når akselererte referansesystemer florerer, har fiktive krefter imidlertid veldig reelle effekter. For prøve, her er tre viktige applikasjoner der de har konkrete effekter:

Sentrifugatorer

Sentrifugatorer er mye brukte instrumenter i laboratoriet. Tanken er å få en blanding av stoffer til å vri seg i høy hastighet, og de stoffene med større masse, opplever større sentrifugalkraft, i henhold til ligningen beskrevet i begynnelsen.

Da vil de mest massive partiklene ha en tendens til å bevege seg bort fra rotasjonsaksen, og dermed bli skilt fra de letteste, som vil forbli nærmere sentrum.

Vaskemaskiner

Automatiske vaskemaskiner har forskjellige klemsykluser. I dem er klærne sentrifugert for å eliminere det gjenværende vannet. En mer revolusjon av syklusen, mindre våt vil være klærne på slutten av vaskingen.

Kurve peralt

Bilene tar kurvene på veiene bedre, takket være veien som lener seg litt mot midten av kurven, det som er kjent som Peralte. På denne måten avhenger ikke bilen utelukkende av statisk friksjon mellom dekkene og veien for å fullføre svingen uten å forlate kurven.

Referanser

1. Acosta, Victor. Bygging av en didaktisk guide for sentrifugal kraft for sykkelstudenter V Grad 10.Gjenopprettet fra: BDigital.en i.Edu.co.
2. Toppr. Lov om bevegelse: bevegelsessirkulær. Gjenopprettet fra: Toppr.com.
3. Resnick, r. (1999). Fysisk. Vol. 1. 3. utg. på spansk. Continental Editorial Company s.TIL. Av c.V.
4. Autonome University of the State of Hidalgo. Sentrifugalkraft. Gjenopprettet fra: uaeh.Edu.MX
5. Wikipedia. Sentrifugatorer. Gjenopprettet fra: er.Wikipedia.org.