Центрипетална сила је дефинисана као сила делује на тело које се креће у кружној путањи која је усмерена према центру око којег се тело креће. Израз долази од латинских речи центрум за "центар" и петере, што значи „тражити“.
Центрипетална сила може се сматрати силом која тражи центар. Његов је правац правокутан (под правим углом) у односу на кретање тела у смеру ка центру закривљености путање тела. Центрипетална сила мења смер кретања објекта без промене његовог брзина.
Кључни одводи: Центрипетална сила
- Центрипетална сила је сила на тело које се креће у кругу и усмерава према тачки око које се предмет креће.
- Сила у супротном смеру, која је усмерјена према средини ротације, назива се центрифугална сила.
- За ротирајуће тело центрипеталне и центрифугалне силе су једнаке по величини, али супротне у смеру.
Разлика између центрипеталне и центрифугалне силе
Док центрипетална сила делује на повлачење тела према центру тачке ротације, центрифугална сила (сила „бежећи у средини“) одгурује се од центра.
У складу Невтонов први закон, "тело у мировању остаће у мировању, док ће тело у покрету остати у покрету, ако на њега не делује спољна сила." Ин другим речима, ако су снаге које делују на неки објект избалансиране, објект ће се и даље кретати непрекидним темпом без убрзање.
Центрипетална сила омогућава телу да следи кружни пут без одлетавања по тангенти непрекидно делујући под правим углом у односу на своју путању. На овај начин, он делује на објект као једна од сила првог Њутоновог закона, задржавајући на тај начин инерцију.
Њутнов други закон се такође примењује у случају потреба за центрипеталном силом, што каже да ако се предмет жели кретати у кругу, нето сила која делује на њега мора бити према унутра. Други закон Невтона каже да се предмет који се убрзава подвргава нето сили, при чему је смјер нето силе исти као смјер убрзања. За објекат који се креће у кругу мора бити присутна центрипетална сила (нето сила) како би се супротставила центрифугалној сили.
Са становишта непомичног предмета на ротирајућем референтном оквиру (нпр. Седиште на љуљашци), центрипетални и центрифугални су једнаки по величини, али су супротни у смеру. Центрипетална сила делује на тело у покрету, док центрифугална сила не. Из тог разлога се центрифугална сила понекад назива и „виртуална“ сила.
Како израчунати центрипеталну силу
Математички приказ центрипеталне силе дао је холандски физичар Цхристиаан Хуигенс 1659. године. За тело које следи кружном путањом константном брзином, полупречник кружнице (р) једнак је маси тела (м) умањеном квадратури од брзина (в) подељено центрипеталном силом (Ф):
р = мв2/ Ф
Једнаџба се може преуредити ради решавања центрипеталне силе:
Ф = мв2/ р
Важна тачка коју треба да напоменете из једначине је да је центрипетална сила пропорционална квадрату брзине. То значи да је удвостручена брзина објекта потребна четири пута од центрипеталне силе да би се предмет кретао у кругу. Практични пример за то се види када скренемо оштру криву са аутомобилом. Овде је трење једина сила која гуме возила држи на путу. Повећање брзине увелике повећава силу, па клизање постаје вероватније.
Такође имајте на уму да израчунавање центрипеталне силе претпоставља да на објект не делују додатне силе.
Центрипетална формула за убрзање
Други уобичајени прорачун је центрипетално убрзање, које је промена брзине дељена са променом времена. Убрзање је квадрат брзине дељен са полумјером круга:
Δв / Δт = а = в2/ р
Практичне примене Центрипеталне силе
Класичан пример центрипеталне силе је случај да се предмет окрене конопом. Овде напетост на конопцу обезбеђује центрипеталну "вучну" силу.
Центрипетална сила је "гурнута" сила у случају возача мотоцикла Зид смрти.
Центрипетална сила користи се за лабораторијске центрифуге. Овде се честице суспендоване у течности одвајају од течности убрзавањем цеви оријентисане тако да се теже честице (тј. предмети веће масе) повлаче према дну цеви. Док центрифуге обично одвајају чврсте материје од течности, оне такође могу фракционисати течности, као у узорцима крви или одвојене компоненте гасова.
Плинске центрифуге се користе за одвајање тежег изотопског уранијума-238 од лакшег изотопа уранијума-235. Тежи изотоп се вуче према спољашњем делу цилиндра који се окреће. Тешка фракција је пробушена и послата у другу центрифугу. Процес се понавља све док гас није довољно "обогаћен".
Текући зрцални телескоп (ЛМТ) може се направити ротирањем рефлектора течно метал, као што је жива. Површина огледала поприма параболоидни облик јер центрипетална сила зависи од квадрата брзине. Због тога је висина течног метала који се окреће пропорционална квадрату његове удаљености од центра. Занимљив облик који претпоставља центрифугирање течности може се приметити константним вртањем канте воде.