Tsentrifugaaljõud on meie igapäevaelus laialt levinud, kuid kas see on see, mis meie arvates on?
Seda kogeme autos nurga tagant ringi liikudes või kui lennuk pöördub. Me näeme seda pesumasina tsentrifuugimise tsüklis või siis, kui lapsed sõidavad ringrajal. Ühel päeval võib see pakkuda kosmoselaevadele ja kosmosejaamadele isegi kunstlikku gravitatsiooni.
Kuid tsentrifugaaljõud on sageli segamini selle vastasjõu, tsentrifuugse jõuga, kuna need on nii tihedalt seotud - sisuliselt sama mündi kaks külge.
Tsentrifugaaljõud on defineeritud kui "jõud, mis on vajalik kõveral teel liikuva objekti hoidmiseks ja mis on suunatud sissepoole pöördekeskme poole", samal ajal kui tsentrifugaaljõud on määratletud kui "näiv jõud, mida objekt liigub. käänulisel teel, mis tegutseb pöördekeskmest väljapoole, "vastavalt Merriam Websteri sõnaraamatule.
Pange tähele, et kuigi tsentrifuugjõud on tegelik jõud, määratletakse tsentrifugaaljõud näilise jõuna. Teisisõnu, nööriga massi keerutades avaldab nöör massile sissepoole suunatud tsentripetaalset jõudu, samal ajal kui mass avaldab nöörile väljapoole suunatud tsentrifugaaljõudu.
"Tsentrifugaaljõu ja tsentrifugaaljõu erinevus peab olema seotud erinevate" tugiraamidega ", st erinevate vaatepunktidega, millest lähtudes midagi mõõdate," ütles Washingtoni ülikooli teadusfüüsik Andrew A. Ganse. "Tsentrifuugjõud ja tsentrifugaaljõud on tegelikult täpselt samad jõud, just vastupidistes suundades, kuna neid kogetakse erinevatest võrdlusraamidest."
Kui jälgite pöörlevat süsteemi väljastpoolt, näete sissepoole tsentripetaalset jõudu, mis toimib pöörleva keha ringikujuliseks piiramiseks. Kui olete aga pöörleva süsteemi osa, kogete nähtavat tsentrifugaaljõudu, mis lükkab teid ringi keskpunktist eemale, ehkki tegelikult tunnete just sissepoole suunatud tsentripetaalset jõudu, mis hoiab teid eemal sõna otseses mõttes puutujast .
Jõud järgivad Newtoni liikumisseadusi
Seda nähtavat välist jõudu kirjeldavad Newtoni liikumisseadused. Newtoni esimeses seaduses öeldakse, et "puhkeolekus olev keha jääb puhkeolekusse ja liikuv keha jääb liikuma, kui sellele ei mõju väline jõud."
Kui massiivne keha liigub läbi ruumi sirgjooneliselt, põhjustab selle inerts jätkumist sirgjooneliselt, välja arvatud juhul, kui väline jõud põhjustab selle kiirendamist, aeglustamist või suuna muutmist. Selleks, et see saaks ringteel liikuda kiirust muutmata, tuleb selle teele täisnurga all rakendada pidevat tsentripetaalset jõudu. Selle ringi raadius (r) võrdub massiga (m), mis on jagatud kiiruse ruuduga (v) jagatuna tsentripetaalse jõuga (F) või r = mv ^ 2 / F. Jõudu saab arvutada lihtsalt võrrandi F = mv ^ 2 / r ümberkorraldamise teel.
Newtoni kolmas seadus väidab, et "iga toimingu korral on võrdne ja vastupidine reaktsioon". Nii nagu gravitatsioon paneb teid avaldama maapinnale jõudu, näib ka maapind, et ta avaldab teie jalgadele võrdset ja vastupidist jõudu. Kiirendavas autos olles avaldab iste teile ettejõudu nagu te näete avaldavat istmele tahapoole jõudu.
Pöörleva süsteemi korral tõmbab tsentripetaalne jõud massi sissepoole, et liikuda kõverjoonelisele teele, samal ajal kui mass näib oma inertsuse tõttu väljapoole liikuvat. Kuid mõlemal juhul rakendatakse ainult ühte tõelist jõudu, teisel juhul aga ainult näivat jõudu.
Näited tsentripetaalsest jõust tegevuses
Tsentripetaalset jõudu kasutab palju rakendusi. Üks on astronautide väljaõppe jaoks kosmoselaeva kiirenduse simuleerimine. Kui rakett esmakordselt lastakse, on see kütuse ja oksüdeerijaga nii koormatud, et see suudab vaevu liikuda. Tõustes põleb see aga tohutu kiirusega kütust, kaotades pidevalt massi. Newtoni teises seaduses öeldakse, et jõud võrdub mass korda kiirendusega ehk F = ma.
Enamikus olukordades jääb mass konstantseks. Raketi korral muutub selle mass aga järsult, samal ajal kui jõud, antud juhul rakettmootorite tõukejõud, jääb peaaegu konstantseks. See põhjustab kiirendamise tõukefaasi lõpupoole kuni normaaljõu mitu korda suuremaks. NASA kasutab selle äärmusliku kiirenduse jaoks astronautide ettevalmistamiseks suuri tsentrifuule. Selles rakenduses annab tsentripetaalse jõu astronaudile sissepoole suunatud istme seljatugi.
Veel üks tsentripetaaljõu rakendamise näide on laboratoorne tsentrifuug, mida kasutatakse vedelikus suspendeeritud osakeste sadestumise kiirendamiseks. Selle tehnoloogia üks levinumaid kasutusvõimalusi on vereproovide ettevalmistamine analüüsimiseks. Rice'i ülikooli eksperimentaalsete bioteaduste veebisaidi kohaselt on "vere ainulaadse struktuuri abil erütrotsüütide abil erütrotsüütide eraldamine plasmast ja muudest moodustatud elementidest väga lihtne."
Normaalse raskusjõu mõjul põhjustab termiline liikumine pidevat segamist, mis takistab vererakkudel kogu vereproovist settida. Tüüpiline tsentrifuug võib aga saavutada kiirendusi, mis on normaaljõu korral 600–2000 korda suuremad. See sunnib raskeid punaseid vereliblesid põhjas asuma ja kihistab lahuse erinevad komponendid kihtidesse vastavalt nende tihedusele.
Seda artiklit värskendas 10. mail 2019 Live Science'i kaastöötaja Jennifer Leman.
