Tärkein ero - Keskipakovoima vs.Sentripetaalivoima

Voimat vaikuttavat kaikkiin esineisiin, jotka kulkevat pyöreää polkua. Riippuen viitekehyksen tyypistä, josta kohdetta havaitaan, voimat voivat vaikuttaa kohteeseen eri tavalla. The tärkein ero keskipakovoiman ja keskipistevoiman välillä on se keskipistevoima vaikuttaa esineeseen kohti ympyräradan keskustaa. Verrattuna, keskipakovoima on näennäinen voima, joka vaikuttaa esineeseen suuntaan, joka osoittaa poispäin ympyrän keskipisteestä. Inertiaalisessa viitekehyksessä oleva tarkkailija ei havaitse keskipakovoimaa. Vain pyörivässä viitekehyksessä oleva tarkkailija, joka pyörii esineen kanssa pyöreällä liikkeellä, havaitsee keskipakovoiman.

Mikä on Centripetal Force

Kohde kiihtyy aina, kun sen nopeus muuttuu. Koska nopeus on vektorimäärä, sitä voidaan muuttaa joko muuttamalla sen kokoa (nopeutta) tai liikesuuntaa. Kaikki pyöreää polkua kulkevat esineet muuttavat jatkuvasti suuntaa, mikä tarkoittaa, että se kiihtyy jatkuvasti. Newtonin toisen lain mukaan, koska esine kiihtyy, sen pitäisi vaikuttaa siihen vaikuttava voima. Tarkasteltaessa ympyräreitillä kulkevan kohteen nopeuden vektoriesitystä ja sitten soveltamalla tähän kiihtyvyyteen Newtonin toista lakia, havaitsimme, että ympyräreittiä kulkevaan kohteeseen kohdistuva keskipistevoima vaikuttaa aina ympyrän keskipistettä kohti. ja että tämä keskipistevoima

voisi antaa:

missä

on massa ja

on kohteen nopeus ja

on kohteen ympyräradan säde.

Mikä on keskipakovoima

Ajattele miestä, joka aikoo tehdä ”vasaranheiton” alla:

Vasaranheittäjä

Kun vasaranheittäjä pyörii vasaraa, hän pyörii myös vasaran mukana. Toisin sanoen hän ja vasara ovat pyörivässä viitekehyksessä. Kun hän katsoo vasaraa, hän näkee (itsensä suhteen), että vasara on paikallaan. Hän tuntee jännityksen kahvassa ja tietää siten, että vasara vetää kahvan pois hänestä. Newtonin kolmannen lain mukaan hän päättelee, että kahvan täytyy vetää vasaraa itseään kohti.

Vasaranheittäjä kuitenkin ajattelee, että vasara on levossa. Hän tietää myös, että vasaraa vedetään häntä kohti, joten Newtonin ensimmäisen lain mukaan hän päättelee, että vasarassa on oltava toinen voima, joka vetää sen suoraan pois hänestä. Tämä voima on keskipakopumppu: sana "keskipakopumppu" tarkoittaa tässä sitä, että tämä havaittu voima yrittää vetää esineen pois esineen ympyräradan keskeltä (tietysti vasaranheittäjä ei tiedä, että vasara liikkuu pyöreällä tiellä), mutta jos hän myöhemmin selittäisi havaitsemansa voimat jollekin muulle, joka oli havainnut vasaranheittimen inertiaalisesta vertailukehyksestä, kyseinen henkilö havaitsisi, että ”keskipakovoima” osoitti poispäin ympyräradan keskeltä).

Vasara ei ole levossa inertiaalisessa viitekehyksessä. Tarkkailija, joka katsoo vasaraa inertiaviitekehyksestä, näkee vasaran kulkevan pyöreällä tiellä eikä löydä keskipakovoimaa. Itse asiassa, jos katsot vasaraa inertiaviitekehyksestä, tunnistat kaksi vasaraan vaikuttavaa voimaa, kahvan pitkin olevan jännityksen ja vasaran painon:

Vasaraan vaikuttavat voimat

Jännitys vaikuttaa vasaran kahvaa pitkin, vetämällä vasaraa ympyrää kohti, kun painovoima yrittää vetää vasaran alas. Keskipistevoima on tuloksena oleva voima kohti keskustaa. Jos esimerkiksi vasaranheitin pyörii vasaraa vaakasuorassa ympyrässä, tuloksena oleva voima ympyrän keskipistettä kohti

.

Alla olevassa videossa käsitellään myös "keskipisteisten" ja "keskipakoisvoimien" eroa pyöreillä reiteillä liikkuville kohteille:

Keskipakovoimaa pidetään usein "fiktiivisenä" voima, koska sitä ei voida havaita inertiaalisesta viitekehyksestä ja myös siksi, ettei ole olemassa todellista "vuorovaikutusta", johon voisi osoittaa sen alkuperän selittämiseksi. Joskus on kuitenkin hyödyllistä kuvitella keskipakovoimat kuin ne olisivat todellisia, varsinkin jos suunnittelet asioita, joista tulee osa pyörivää järjestelmää!

Ero keskipakovoiman ja keskipistevoiman välillä

Todellinen tai kuvitteellinen

Keskihakuvoima on todellinen voima, joka on seurausta fyysisestä vuorovaikutuksesta.

Keskipakoisvoima on kuvitteellinen voima, joka näyttää olevan läsnä, kun pyörivää esinettä tarkastellaan viitekehyksestä, joka myös pyörii kohteen mukana.

Suunta

Keskihakuvoima toimii pyöreän polun keskikohtaa kohti.

Keskipakoisvoima näyttää toimivan suuntaan, joka osoittaa poispäin ympyräreitin keskipisteestä.

Ulkonäkö inertiaalisissa viitekehyksissä

Keskihakuvoima voidaan havaita inertian viitekehyksestä.

Keskipakoisvoima ei voida havaita inertian viitekehyksestä.

Kuva kohteliaasti

”Haamun heitto - Dornoch Highland Gathering 2007”, John Haslam (Oma teos) [CC BY 2.0], flickr