Odstředivá síla je všudypřítomná v našem každodenním životě, ale je to to, co si myslíme?
Zažíváme to, když projíždíme za rohem v autě nebo když se letadlo otáčí. Vidíme to v cyklu točení pračky nebo když děti jezdí na kolotoči. Jednoho dne může dokonce poskytnout umělou gravitaci kosmickým lodím a vesmírným stanicím.
Odstředivá síla je však často zaměňována s jejím protějškem, s centripetální silou, protože jsou tak úzce spjaty - v zásadě dvě strany téže mince.
Odstředivá síla je definována jako „síla, která je nezbytná k udržení pohybu objektu v zakřivené dráze a která je směrována dovnitř směrem ke středu otáčení,“ zatímco odstředivá síla je definována jako „zdánlivá síla, kterou cítí pohybující se objekt v zakřivené cestě, která působí směrem ven od středu rotace, “říká Merriam Webster Dictionary.
Všimněte si, že zatímco středová síla je skutečná síla, odstředivá síla je definována jako zdánlivá síla. Jinými slovy, když točí se hmotou na provázku, struna vyvíjí dovnitř centripetální sílu na hmotu, zatímco hmota vypadá, že na strunu působí vnější odstředivou sílu.
„Rozdíl mezi centripetální a odstředivou silou souvisí s různými„ referenčními rámci “, tj. S různými úhly pohledu, z nichž něco změříte,“ řekl Andrew A. Ganse, výzkumný fyzik na Washingtonské univerzitě. "Odstředivá síla a odstředivá síla jsou ve skutečnosti přesně stejná síla, právě v opačných směrech, protože jsou zažívány z různých referenčních rámců."
Pozorujete-li rotující systém z vnějšku, uvidíte dovnitř vystředěnou sílu působící na to, aby omezila rotující tělo na kruhovou cestu. Pokud jste však součástí rotujícího systému, zažíváte zjevnou odstředivou sílu, která vás tlačí pryč od středu kruhu, i když to, co skutečně cítíte, je vnitřní centripetální síla, která vám brání doslova odcházet na tečnou .
Síly se řídí Newtonovými zákony pohybu
Tato zjevná vnější síla je popsána Newtonovými zákony pohybu. Newtonův první zákon uvádí, že „tělo v klidu zůstane v klidu a tělo v pohybu zůstane v pohybu, pokud na něj nebude jednat vnější síla“.
Pokud se masivní tělo pohybuje přímým směrem prostorem, jeho setrvačnost způsobí jeho pokračování v přímém směru, pokud vnější síla nezpůsobí jeho zrychlení, zpomalení nebo změnu směru. Aby mohla sledovat kruhovou dráhu bez změny rychlosti, musí být na její dráhu aplikována souvislá středová síla. Poloměr (r) této kružnice je roven hmotnosti (m) násobené druhé mocnině rychlosti (v) dělené středovou silou (F) nebo r = mv ^ 2 / F. Síla může být vypočtena jednoduše přeskupením rovnice, F = mv ^ 2 / r.
Newtonův třetí zákon uvádí, že „pro každou akci existuje stejná a opačná reakce“. Stejně jako gravitace způsobuje, že vyvíjíte sílu na zem, zdá se, že země vyvíjí stejnou a opačnou sílu na vaše nohy. Když se nacházíte v akceleračním autě, sedadlo na vás vyvíjí dopřednou sílu, jak se zdá, že na sedadlo působí zpětnou silou.
V případě rotujícího systému, středová síla táhne hmotu dovnitř, aby sledovala zakřivenou cestu, zatímco hmota vypadá, že se tlačí ven kvůli své setrvačnosti. V každém z těchto případů je však aplikována pouze jedna skutečná síla, zatímco druhá je pouze zdánlivá síla.
Příklady centripetální síly v akci
Existuje mnoho aplikací, které využívají centripetální síly. Jedním je simulovat zrychlení kosmického startu pro výcvik astronautů. Když je raketa poprvé vypuštěna, je naložena palivem a oxidačním prostředkem, že se stěží pohybuje. Jak však stoupá, spaluje palivo obrovskou rychlostí a neustále ztrácí hmotu. Newtonův druhý zákon uvádí, že síla se rovná hromadné zrychlení nebo F = ma.
Ve většině situací zůstává hmotnost konstantní. U rakety se však její hmotnost drasticky mění, zatímco síla, v tomto případě tah raketových motorů, zůstává téměř konstantní. To způsobí, že zrychlení na konci fáze boost se několikrát zvýší než normální gravitace. NASA používá velké odstředivky k přípravě astronautů na toto extrémní zrychlení. V této aplikaci je středová síla zajištěna opěradlem sedadla tlačícím dovnitř astronauta.
Dalším příkladem použití centripetální síly je laboratorní odstředivka, která se používá k urychlení srážení částic suspendovaných v kapalině. Jedním z běžných použití této technologie je příprava vzorků krve pro analýzu. Podle webu Experimentální biologické vědy Rice University „Unikátní struktura krve velmi usnadňuje separaci červených krvinek od plazmy a dalších vytvořených prvků diferenciální centrifugací.“
Při normální gravitační síle způsobuje tepelný pohyb nepřetržité míchání, které zabraňuje usazování krve z celého vzorku krve. Typická odstředivka však může dosáhnout zrychlení, které jsou 600 až 2 000krát vyšší než u normální gravitace. To nutí těžké červené krvinky, aby se usadily na dně a rozvrstvily různé složky roztoku do vrstev podle jejich hustoty.
Tento článek byl aktualizován 10. května 2019 autorem Live Science Contributor, Jennifer Leman.
