Was hält das Wasser im Eimer Wenn Sie sich mit Geschwindigkeit drehen? Ist es eine wundersame Kraft oder etwas völlig anderes?
Lesen Sie weiter, um es herauszufinden.
VERBINDUNG: WIE FUNKTIONIERT GRAVITY UND KÖNNTEN WIR JEDERZEIT ANTI-GRAVITY-TECHNOLOGIE ENTWICKELN?
Was ist die Zentrifugalkraft?
Wir starten schnell Definition :
"Zentrifugalkraft, a fiktive Kraft speziell für ein Teilchen, das sich auf einer Kreisbahn bewegt und die gleiche Größe und Abmessungen wie das hat Kraft das das Partikel auf seiner Kreisbahn der Zentripetalkraft hält, aber in die entgegengesetzte Richtung zeigt. "
Beachten Sie die Aufnahme des Qualifikators "fiktiv". Dies bedeutet, dass dies zwar allgemein als Kraft bezeichnet wird, dies jedoch nicht der Fall ist. Es ist in der Tat eine Auswirkung von etwas anderem - Zentripetalkraft .
Eine übliche Analogie zur Erklärung der offensichtlichen Phänomene besteht darin, sich einen Stein vorzustellen, der an eine Schnur gebunden ist. Die Schnur ist wiederum an einen Pfosten im Boden gebunden, und der Stein und die Schnur drehen sich in a um den Pfosteneinzelne horizontale Ebene.
Der Stein ändert ständig die Richtung seiner Geschwindigkeit relativ zum Boden und hat daher eine Beschleunigung in Richtung des Pfostens.
Danke an Newtons zweites Gesetz , wir wissen, dass die Beschleunigung durch eine Kraft verursacht wird, die in diesem Fall die Spannung der Saite wäre. Wenn wir annehmen, dass sich der Stein mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt und die Schwerkraft für die Zwecke unserer Analogie ignoriert wird, wird die nach innen gerichtete Kraft-spitzende Saitenspannung ist die einzige Kraft, die auf den Stein wirkt.
Stellen Sie sich nun vor, die Saite reißt. Wohin geht der Stein?
Richtig, es bewegt sich ab dem Punkt, an dem die Schnur gerissen ist, in einer geraden Linie vorwärts. Dies liegt daran, dass sich der Stein, der eine inhärente Trägheit aufweist, in einer geraden Linie weiterbewegt, die seine vorherige Kreisbahn tangiert.
Überlegen Sie, wie a Schlinge oder Katapult funktioniert wenn Sie sich das vorstellen möchten natürlich ohne den unvermeidlichen Einfluss der Schwerkraft auf die Flugbahn des Steins zu beachten.
Es bewegt sich nicht nach außen, wie es der Fall wäre, wenn die Zentrifugalkraft eine echte Sache wäre. Aus diesem Grund wird diese scheinbare Kraft genauer als Zentripetaleffekt oder Kraft bezeichnet.
Was ist der Unterschied zwischen Zentrifugal- und Zentripetalkräften?
Wir haben bereits behandelt, was unter Zentrifugalkraft zu verstehen ist, aber welche Unterschiede bestehen gegebenenfalls zur Zentripetalkraft?
Fügen wir eine weitere Definition hinzu, um die Dinge zu klären.
Der Zentripetaleffekt ist definiert als " die Kraft, die erforderlich ist, um ein Objekt in einem gekrümmten Pfad in Bewegung zu halten, und die nach innen zum Rotationszentrum gerichtet ist. "
Dies passt sehr gut zu unserer vorherigen Analogie eines wirbelnden Steins, der an einer im Boden steckenden Stange befestigt ist. Der einzige wirkliche Unterschied ist der Bezugsrahmen für beide.
nach Andrew A. Ganse , ein Forschungsphysiker an der University of Washington, "t Der Unterschied zwischen zentripetaler und zentrifugaler Kraft hat mit unterschiedlichen Referenzrahmen zu tun, dh mit unterschiedlichen Blickwinkeln, von denen aus Sie etwas messen.
"Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft sind wirklich genau die gleiche Kraft, nur in entgegengesetzte Richtungen, weil sie aus unterschiedlichen Bezugssystemen stammen", fügte er hinzu.
Mit anderen Worten, wenn Sie das rotierende System von außen beobachten würden, würde dies eine nach innen gerichtete Zentripetalkraft "sehen", die den rotierenden Körper auf eine Kreisbahn beschränkt. Wenn Sie jedoch tatsächlich Teil des rotierenden Systems sind, sind Sie eswird einen offensichtlichen "Druck" von der Mitte der Kreisbahn nach außen erfahren.
Die "Kraft", die Sie erfahren würden, ist jedoch tatsächlich die zentripetale Kraft, die Sie davon abhält, eine buchstäbliche Tangente zu verwenden.
Verstanden? Gut.
Wie berechnet man die Zentripetalkraft?
Die Zentripetalkraft ist, wie bereits erwähnt, die Kraft, die erforderlich ist, um ein Objekt in einer gekrümmten Bahn in Bewegung zu halten, und die nach innen zum Rotationszentrum gerichtet ist.
Mit anderen Worten, die Kraft "sucht" immer das Zentrum. Zu diesem Zweck die Zentripetalkraft kann mit der folgenden Formel dargestellt werden :
F = mxv 2 / r
Wo;
F = Größe der Zentripetalkraft
m = Masse des Objekts
V 2 = ist die Geschwindigkeit des Objekts im Quadrat
r = ist der Radius des Krümmungsbogens
Beachten Sie, dass die Zentripetalkraft daher proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objekts ist. Dies bedeutet, dass eine Verdoppelung der Geschwindigkeit zu einer Vervierfachung der zum Bewegen erforderlichen Kraft führt.
Die Kraft kann auch erhöht werden, indem entweder die Masse des zu drehenden Objekts erhöht oder der Radius der Drehung verringert wird.
Was sind einige reale Anwendungen der Zentripetalkraft?
Und so sind hier ohne weiteres einige reale Anwendungen des Zentripetaleffekts aufgeführt. Diese Liste ist alles andere als vollständig und in keiner bestimmten Reihenfolge.
1. Astronauten für das Sprengen in den Weltraum trainieren
Eine Anwendung der Zentripetalkraft ist Astronaut-Weltraumstart-Simulatoren . Wenn eine Rakete zum ersten Mal abgefeuert wird, ist sie mit Kraftstoff und Oxidationsmittel beladen und bewegt sich langsam.
Beim Aufstieg verbrennt er Treibstoff mit einer Tränenrate und verliert daher kontinuierlich an Masse. Dies verändert das Zusammenspiel der Raketenmasse mit ihrem konstanten Schub dramatisch.
Dies führt daher dazu, dass die Beschleunigung der Rakete gegen Ende ihrer Boost-Phase auf ein Vielfaches der normalen Schwerkraft ansteigt. Die NASA simuliert dies mit riesigen Zentrifugen, die Astronauten auf diese extreme Beschleunigung vorbereiten.
Die Kraft wird simuliert, indem die Rückenlehne den Astronauten im Simulator nach innen drückt.
2. Laborzentrifugen sind stark vom Zentripetaleffekt abhängig
Eine wichtige Anwendung der Zentripetalkraft ist a Laborzentrifuge Eine Zentrifuge ist eine Maschine, die mit Gewalt Substanzen unterschiedlicher Dichte abtrennt Feststoffe mit höherer Dichte lagern sich am Rand des Zentrifugenbehälters ab, während sich die leichteren Feststoffe nahe der Mitte des Behälters konzentrieren. Dies ist möglichdank des Phänomens der Zentripetalkraft.
Zentrifugen werden häufig verwendet, um die Blutbestandteile abzutrennen. Unter normaler Schwerkraft bewirkt die thermische Bewegung, dass sich Blutbestandteile und Blutzellen kontinuierlich aus der Suspension einer Blutprobe absetzen.
Beim Drehen in einer Zentrifuge bewirkt die Kraft jedoch, dass sich schwerere Komponenten wie rote Blutkörperchen am Boden des Behälters absetzen, wobei sich die Blutplättchen darüber befinden, dann die weißen Blutkörperchen und das Plasma ganz oben. entsprechend ihrer relativen Dichte.
Ziemlich ordentlich.
3. Einige Fahrgeschäfte in Vergnügungsparks nutzen die Fliehkräfte
Eine andere Anwendung der Zentripetalkraft ist bei Fahrgeschäften in Vergnügungsparks. Fahrten wie die Gravitron z. B. Reiter mit zentripetalen Kräften an einer Wand befestigen.
Nicht nur das, sondern die Fahrt wird im Allgemeinen auch geneigt sein, während die Fahrer festgehalten werden und vom Boden der Maschine angehoben werden, um der Schwerkraft der Erde zu trotzen.
Spaß und lehrreich!
4. Fliehkraftregler nutzen die Zentripetalkräfte hervorragend
Diese faszinierenden Geräte werden verwendet, um die Drehzahl eines Motors zu regulieren, indem sich drehende Massen, die sich radial bewegen, verwenden, um die Drosselklappe des Motors einzustellen, wenn sich die Motordrehzahl ändert. Der Regler ist normalerweise mit einer Drosselklappe verbunden, die den Fluss des Arbeitsmediums wie Dampf reguliert Lieferung eines Primer Movers für Motoren.
Mit zunehmender Geschwindigkeit der Antriebsmaschine dreht sich die zentrale Spindel des Reglers schneller und die kinetische Energie der Kugeln nimmt zu. Die Bewegung der Gouverneure, die Bälle oder Arme drehen, wird durch die Prinzipien der Zentripetalkraft bestimmt.
5. Schleuderguss oder Schleuderguss verwenden es auch
Und eine andere Anwendung ist in Schleuderguss Diese Produktionsmethode wird auch als Schleuderguss bezeichnet und verwendet die Prinzipien der Zentripetalkraft, um flüssiges Metall oder Kunststoff gleichmäßig im negativen Raum einer Form zu verteilen.
Der Prozess beinhaltet das Spinnen einer Form und das Gießen von Gussmaterial wird dann in die Form eingeführt, während es sich im vollen Schleudern befindet. Diese Produktionsmethode beschleunigt die Produktionsraten bestimmter Gussmaterialien erheblich und bewahrt die feinen Details, falls vorhanden, für Gussteile vonMetall, Kunststoff oder Wachs.
Und das ist ein Wrap, meine Damen und Herren.
Dies sind nur einige der vielen Beispiele für Anwendungen der Zentripetalkraft. Können Sie sich andere vorstellen?