Центробежная сила • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»
Во вращающейся системе отсчета наблюдатель испытывает на себе действие силы, уводящей его от оси вращения.
Вам, наверное, доводилось испытывать неприятные ощущения, когда машина, в которой вы едете, входила в крутой вираж. Казалось, что сейчас вас так и выбросит на обочину. И если вспомнить законы механики Ньютона, то получается, что раз вас буквально вдавливало в дверцу, значит на вас действовала некая сила. Ее обычно называют «центробежная сила». Именно из-за центробежной силы так захватывает дух на крутых поворотах, когда эта сила прижимает вас к бортику автомобиля. (Между прочим, этот термин, происходящий от латинских слов centrum («центр») и fugus («бег»), ввел в научный обиход в 1689 году Исаак Ньютон.)
Стороннему наблюдателю, однако, всё будет представляться иначе. Когда машина закладывает вираж, наблюдатель сочтет, что вы просто продолжаете прямолинейное движение, как это и делало бы любое тело, на которое не оказывает действия никакая внешняя сила; а автомобиль отклоняется от прямолинейной траектории.
Такому наблюдателю покажется, что это не вас прижимает к дверце машины, а, наоборот, дверца машины начинает давить на вас.
Впрочем, никаких противоречий между этими двумя точками зрения нет. В обеих системах отсчета события описываются одинаково и для этого описания используются одни и те же уравнения. Единственным отличием будет интерпретация происходящего внешним и внутренним наблюдателем. В этом смысле центробежная сила напоминает силу Кориолиса (см. Эффект Кориолиса), которая также действует во вращающихся системах отсчета.
Поскольку не все наблюдатели видят действие этой силы, физики часто называют центробежную силу фиктивной силой или псевдосилой. Однако мне кажется, что такая интерпретация может вводить в заблуждение. В конце концов, едва ли можно назвать фиктивной силу, которая ощутимо придавливает вас к дверце автомобиля. Просто всё дело в том, что, продолжая двигаться по инерции, ваше тело стремится сохранить прямолинейное направление движения, в то время как автомобиль от него уклоняется и из-за этого давит на вас.
Чтобы проиллюстрировать эквивалентность двух описаний центробежной силы, давайте немного поупражняемся в математике. Тело, движущееся с постоянной скоростью по окружности, движется с ускорением, поскольку оно всё время меняет направление. Это ускорение равно v2/r, где v — скорость, а r — радиус окружности. Соответственно, наблюдатель, находящийся в движущейся по окружности системе отсчета, будет испытывать центробежную силу, равную mv2/r.
Теперь обобщим сказанное: любое тело, движущееся по криволинейной траектории, — будь то пассажир в машине на вираже, мяч на веревочке, который вы раскручиваете над головой, или Земля на орбите вокруг Солнца — испытывает на себе действие силы, которая обусловлена давлением дверцы автомобиля, натяжением веревки или гравитационным притяжением Солнца. Назовем эту силу F. С точки зрения того, кто находится во вращающейся системе отсчета, тело не движется. Это означает, что внутренняя сила F уравновешивается внешней центробежной силой:
F = mv2/r
Однако с точки зрения наблюдателя, находящегося вне вращающейся системы отсчета, тело (вы, мяч, Земля) движется равноускоренно под воздействием внешней силы.
Согласно второму закону механики Ньютона, отношение между силой и ускорением в этом случае F = ma. Подставив в это уравнение формулу ускорения для тела, движущегося по окружности, получим:
F = ma = mv2/r
Но тем самым мы получили в точности уравнение для наблюдателя, находящегося во вращающейся системе отсчета. Значит, оба наблюдателя приходят к идентичным результатам относительно величины действующей силы, хотя и исходят из разных предпосылок.
Это очень важная иллюстрация того, что представляет собою механика как наука. Наблюдатели, находящиеся в различных системах отсчета, могут описывать происходящие явления совершенно по-разному. Однако, сколь бы принципиальными ни были различия в подходах к описанию наблюдаемых ими явлений, уравнения, их описывающие, окажутся идентичными. А это — не что иное, как принцип инвариантности законов природы, лежащий в основе теории относительности.
Вопрос 662 | Основы безопасности дорожного движения | Теория к экзамену ПДД
Вопрос № 462 : Чем опасно длительное торможение с выключенным сцеплением (передачей) на крутом спуске? >>>
Вопрос № 262 : Двигаясь в прямом направлении со скоростью 60 км/ч, Вы внезапно попали на небольшой участок скользкой дороги.
Что следует предпринять? >>>
Вопрос № 202 : При приближении к вершине подъема в темное время суток водителю рекомендуется переключить дальний свет фар на ближний: >>>
Вопрос № 622 : Как должен поступить водитель в случае потери сцепления колес с дорогой из-за образования «водяного клина»? >>>
Вопрос № 582 : Что должен сделать водитель, чтобы быстро восстановить эффективность тормозов после проезда через водную преграду? >>>
Вопрос № 742 : Как изменяется величина центробежной силы с увеличением скорости движения на повороте? >>>
Вопрос № 80 : Что следует предпринять водителю для предотвращения опасных последствий заноса автомобиля при резком повороте рулевого колеса на скользкой дороге? >>>
Вопрос № 60 : На повороте возник занос задней оси переднеприводного автомобиля. Ваши действия? >>>
Вопрос № 102 : При движении в условиях тумана расстояние до предметов представляется: >>>
Вопрос № 623 : Как влияет утомление водителя на его внимание и реакцию? >>>
Вопрос № 662 : Какие действия водителя приведут к уменьшению центробежной силы, возникающей на повороте?
Центробежная сила, действующая на автомобиль при движении по кривой, определяется как отношение произведения массы автомобиля на квадрат его скорости к радиусу поворота.
Следовательно, при уменьшении скорости движения на повороте центробежная сила уменьшается.
Вопрос № 182 : На каком рисунке показан безопасный способ разворота вне перекрестка с использованием прилегающей территории слева? >>>
Вопрос № 302 : При торможении двигателем на крутом спуске водитель должен выбирать передачу, исходя из условий: >>>
Вопрос № 422 : При выезде из лесистого участка на открытое место установлен знак «Боковой ветер». Ваши действия? >>>
Вопрос № 20 : В случае, когда правые колеса автомобиля наезжают на неукрепленную влажную обочину, рекомендуется: >>>
Вопрос № 142 : Двигаться по глубокому снегу на грунтовой дороге следует: >>>
Вопрос № 343 : В темное время суток и в пасмурную погоду скорость встречного автомобиля воспринимается: >>>
Вопрос № 442 : Какой стиль вождения обеспечит наименьший расход топлива? >>>
Вопрос № 522 : Уменьшение тормозного пути транспортного средства достигается: >>>
Вопрос № 502 : Считаете ли Вы безопасным движение на легковом автомобиле в темное время суток с ближним светом фар по неосвещенной загородной дороге со скоростью 90 км/ч? >>>
Вопрос № 542 : При движении на каком автомобиле увеличение скорости может способствовать устранению заноса задней оси? >>>
Вопрос № 322 : На каком рисунке водитель выполняет правый поворот по траектории, обеспечивающей наибольшую безопасность движения? >>>
Вопрос № 782 : В какой момент следует начинать отпускать стояночный тормоз при трогании на подъеме? >>>
Вопрос № 562 : На повороте возник занос задней оси заднеприводного автомобиля.
Вопрос № 602 : На каком рисунке показано правильное положение рук на рулевом колесе? >>>
Вопрос № 762 : Включение каких внешних световых приборов обеспечит Вам наилучшую видимость дороги при движении ночью во время сильной метели? >>>
Вопрос № 282 : Как влияет длительный разгон транспортного средства с включенной первой передачей на расход топлива? >>>
Вопрос № 802 : При движении по какому участку дороги действие сильного бокового ветра наиболее опасно? >>>
Вопрос № 663 : Как влияет алкоголь на время реакции водителя? >>>
Вопрос № 101 : Вероятность возникновения аварийной ситуации при движении в плотном транспортном потоке будет меньше, если скорость Вашего транспортного средства: >>>
Вопрос № 242 : На каком рисунке показан безопасный способ разворота вне перекрестка с использованием прилегающей территории справа? >>>
Вопрос № 382 : Для прекращения заноса, вызванного торможением, водитель в первую очередь должен: >>>
Вопрос № 702 : В какую сторону смещается прицеп автопоезда на повороте? >>>
Вопрос № 362 : Как водитель должен воздействовать на педаль управления подачей топлива при возникновении заноса, вызванного резким ускорением движения? >>>
Вопрос № 682 : После длительного движения по двухполосной дороге за грузовым автомобилем на безопасной дистанции у Вас появилась возможность совершить обгон.
Ваши действия? >>>
Вопрос № 162 : В каком случае легковой автомобиль более устойчив против опрокидывания на повороте? >>>
Вопрос № 722 : Как правильно произвести экстренное торможение на скользкой дороге, если Ваш автомобиль не оборудован антиблокировочной тормозной системой? >>>
Вопрос № 41 : Что подразумевается под временем реакции водителя? >>>
Вопрос № 402 : Как правильно произвести экстренное торможение, если Ваш автомобиль оборудован антиблокировочной тормозной системой? >>>
Вопрос № 703 : При движении в условиях плохой видимости нужно выбирать скорость, исходя из того, чтобы остановочный путь был: >>>
Вопрос № 123 : Каковы типичные признаки наступившего утомления водителя? >>>
Вопрос № 122 : Для обеспечения безопасности при остановке на подъеме (спуске) водителю следует повернуть передние колеса. Водители каких транспортных средств правильно выполнили это требование при отсутствии тротуара? >>>
Вопрос № 342 : Как изменяется длина тормозного пути легкового автомобиля при движении с прицепом, не имеющим тормозной системы? >>>
Вопрос № 642 : На каком рисунке водитель выполняет левый поворот по траектории, обеспечивающей наибольшую безопасность движения? >>>
Вопрос № 222 : Для предупреждения скатывания автомобиля при остановке на подъеме (спуске) водителю следует повернуть передние колеса.
Водители каких транспортных средств правильно выполнили это требование при наличии тротуара? >>>
Вопрос № 40 : Что подразумевается под остановочным путем? >>>
Перейти в режим тренировки
Кривые и складной нож — SGI
Поделиться этой страницей:
Этот контент заставляет меня чувствовать себя
Счастливый
Любопытный
информированный
Вдохновленный
Не уверен
Скучающий
Расстроенный
Злой
Перевести
Google Переводчик является сторонним инструментом и не принадлежит и не управляется SGI. SGI не несет ответственности за какие-либо ошибки или упущения в результате перевод. В случае расхождений в толковании между переведенная версия и законы и правила, регулирующие Водители и транспортные средства Саскачевана, законы и правила преобладать.Дом
MySGI
Новости
Автострахование
Страхование жилья
Фермерское страхование
Претензии
Найти брокера
Получить предложение
Произвести платеж
Электронные услуги
Страхование бизнеса
Страхование грузов
Нефтегазовый сектор
Поручительство
О нас
Советы по защите
Карьера
Партнеры
Скачать PDF
Транспортное средство, движущееся по прямой линии, развивает силу, называемую импульсом.
Степень контроля над автомобилем, которую вы можете поддерживать, определяется степенью сцепления шин вашего автомобиля с дорожным покрытием. Слишком быстрое вхождение в поворот может привести к заносу или опрокидыванию. Применение тормозов на повороте может привести к заносу или складному ножу.
Чтобы избежать скатывания, заноса или складывания, снижайте скорость перед поворотом. Входите в поворот на скорости, не требующей торможения. Это позволит вам применять постепенную мощность в кривой.
Вот несколько советов, которым следует следовать, чтобы безопасно преодолевать повороты:
- Заранее определите поворот, обращая внимание на предупреждающий знак впереди на повороте и рекомендуемый знак скорости.
- Если требуется регулировка скорости, снизьте скорость перед поворотом.
- Увеличьте скорость на повороте, если позволяют условия.
- Предыдущая страница
- Следующая страница
Что такое центробежные и центростремительные силы?
Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.
(Изображение предоставлено: Энтони Чинг/Getty Images)
Например, гравитационная сила Солнца — это центростремительная сила, которая удерживает Землю на орбите вокруг себя. Между тем, центробежная сила — это кажущаяся внешняя сила, действующая на объект, который движется по кругу. Примером центробежной силы может быть ощущение, возникающее при езде на карусели, которое заставляет вас лететь наружу.Разница между центростремительной и центробежной силами
Основное различие между центростремительной и центробежной силами заключается в том, что центростремительная сила — это сила, направленная к центру окружности, которая заставляет объект двигаться по круговой траектории, а центробежная сила — это сила, направленная к центру окружности. ощущение, которое испытывает объект, когда он движется по этой круговой траектории, причем это ощущение как бы отталкивает его от центра круга.
Люди испытывают на себе действие центробежной силы, когда они поворачивают за угол в машине или когда самолет входит в поворот. Это происходит при отжиме стиральной машины или когда дети катаются на каруселях.
Однажды она может даже обеспечить искусственную гравитацию для космических кораблей и космических станций — если мы сможем заставить космический корабль вращаться достаточно быстро, центробежная сила может обеспечить некоторое подобие нормального ощущения гравитации.
Но центробежную силу часто путают с ее аналогом, центростремительной силой, потому что они очень тесно связаны — по сути, это две стороны одной медали.
Центростремительная сила — это название, данное любой силе, которая заставляет объект двигаться по кругу — подумайте о камне, привязанном к концу веревки, а другой конец — к чему-то или в вашей руке. Когда струна закручена, натяжение этой струны не дает камню улететь по прямой линии. Это напряжение направлено внутрь, к центру круга. В качестве другого примера, солнце гравитация обеспечивает центростремительную силу, которая заставляет планеты двигаться по своим орбитам.
Центростремительная сила всегда направлена перпендикулярно направлению движения объекта.
Если вы едете в машине, а дорога изгибается и поворачивает влево, нормальная сила от дороги с креном будет толкать машину влево. Если бы центростремительная сила внезапно исчезла, автомобиль продолжал бы двигаться прямолинейно.
С другой стороны, центробежная сила — это кажущаяся сила, которую ощущает объект, когда он движется по криволинейной траектории, и эта кажущаяся сила направлена в направлении от центра траектории вращения, согласно Кристоферу С. Бэрду. в West Texas A&M University (открывается в новой вкладке).
Центробежная сила направлена наружу, а центростремительная притягивает вращающийся объект внутрь. (Изображение предоставлено: Future) Обратите внимание, что хотя центростремительная сила является фактической силой, центробежная сила определяется как кажущаяся сила. Другими словами, при вращении массы на струне струна воздействует на массу внутренней центростремительной силой, в то время как масса «кажется» воздействующей на струну внешней центробежной силой.
«Разница между центростремительной и центробежной силой связана с разными «системами отсчета», то есть с разными точками зрения, с которых вы что-то измеряете», — сказал Эндрю А. Ганс, физик-исследователь из Вашингтонского университета. «Центростремительная сила и центробежная сила на самом деле являются одной и той же силой, только в противоположных направлениях, потому что они воспринимаются из разных систем отсчета».
Если вы наблюдаете за вращающейся системой снаружи, вы видите внутреннюю центростремительную силу, которая заставляет вращающееся тело двигаться по круговой траектории. Однако, если вы являетесь частью вращающейся системы, вы испытываете кажущуюся центробежную силу, отталкивающую вас от центра круга, хотя на самом деле вы ощущаете внутреннюю центростремительную силу, которая не дает вам буквально уйти по касательной. .
Вернемся к примеру с автомобилем после поворота с креном. Если вы наблюдаете снаружи, вы можете наблюдать центростремительную силу, толкающую автомобиль внутрь к центру, заставляя его двигаться по кругу.
2/r.
Третий закон Ньютона гласит, что «на каждое действие есть равное и противоположное противодействие». Точно так же, как гравитация заставляет вас воздействовать на землю, кажется, что земля оказывает равную и противоположную силу на ваши ноги. Когда вы едете в разгоняющемся автомобиле, сиденье оказывает на вас силу, направленную вперед, точно так же, как кажется, что вы оказываете на сиденье силу, направленную назад.
В случае вращающейся системы центростремительная сила притягивает массу внутрь, следуя по кривой траектории, в то время как масса, кажется, выталкивается наружу из-за своей инерции. Однако в каждом из этих случаев прилагается только одна реальная сила, а другая — только кажущаяся сила.
Примеры центростремительной силы
Центростремительная сила используется во многих приложениях. Одним из них является моделирование ускорения космического запуска для подготовки космонавтов. Когда ракета запускается впервые, она настолько загружена топливом и окислителем, что едва может двигаться.
Однако по мере подъема он сжигает топливо с огромной скоростью, постоянно теряя массу. Второй закон Ньютона гласит, что сила равна массе, умноженной на ускорение, или F = ma.
В большинстве случаев масса остается постоянной. Однако у ракеты ее масса резко меняется, а сила — в данном случае тяга ракетных двигателей — остается почти постоянной. Это приводит к тому, что ускорение к концу фазы разгона увеличивается в несколько раз по сравнению с нормальной гравитацией. НАСА использует большие центрифуги (открывается в новой вкладке), чтобы подготовить астронавтов к этому экстремальному ускорению. В этом случае центростремительная сила создается за счет того, что спинка сиденья давит на космонавта внутрь.
Лабораторные центрифуги быстро вращаются и воздействуют центростремительной силой на жидкости, такие как кровь, которые затем разделяются в зависимости от их плотности. (Изображение предоставлено Shutterstock)Статьи по теме
Другой пример применения центростремительной силы — лабораторные центрифуги, которые используются для ускорения осаждения взвешенных в жидкости частиц.
Одним из распространенных применений этой технологии является подготовка образцов крови для анализа. Согласно Веб-сайт Experimental Biosciences Университета Райса : «Уникальная структура крови позволяет очень легко отделить эритроциты от плазмы и других форменных элементов с помощью дифференциального центрифугирования».
При нормальной силе тяжести тепловое движение вызывает непрерывное перемешивание, что предотвращает осаждение клеток крови из образца цельной крови. Однако типичная лабораторная центрифуга может развивать ускорение, в 600–2000 раз превышающее ускорение в 90 107 раз при нормальной гравитации 9.0108 . Это вынуждает тяжелые эритроциты оседать на дно и расслаивает различные компоненты раствора на слои в соответствии с их плотностью.
Эта статья была обновлена 11 ноября 2021 г. редактором Live Science Беном Биггсом.
Дополнительные ресурсы
Подробнее об основах центростремительной силы можно прочитать в Технологического университета Суинберна (открывается в новой вкладке).
SciShow предоставляет отличное видео-введение в тему, где они объясните и сравните центростремительную и центробежную силы (откроется в новой вкладке). И Академия Хана предлагает математическое обсуждение темы в этой статье.
Библиография
Кун, Карл Ф., «Основы физики: руководство для самообучения», Джосси-Басс (2020)
Морин, Дэвид, «Введение в классическую механику», Cambridge University Press (2008)
Будьте в курсе последних научных новостей, подписавшись на нашу рассылку Essentials.
Свяжитесь со мной, чтобы сообщить о новостях и предложениях от других брендов Future. Получайте от нас электронные письма от имени наших надежных партнеров или спонсоров. Бен Биггс — увлеченный и опытный писатель в области науки и техники, автор опубликованных книг и редактор отмеченного наградами журнала How It Works. Он также много лет писал и редактировал материалы для изданий, посвященных технологиям и видеоиграм, позже стал редактором журнала All About Space, а затем журнала Real Crime.