Odstředivá síla - nepřítel nebo spojenec

Ten, kdo je obeznámen Starý zákon Svaté Písmo, snadno si pamatujte příběh bitvy mezi Davidem a Goliášem. Strašný obor byl zabit pomocí závěsu. Závěs je však zcela realistický objekt, nejjednodušší zařízení, zbraň, která byla použita v době, kdy se luk považoval za pokročilou techniku. Nejstarší artefakty nalezené během výkopů, klasifikované jako pražec, jsou staré deset tisíc let. Musím říci, že i přes extrémně jednoduché zařízení, pražec nebyl tak neškodný. Kámen, uvolněný z praku zkušeného kovového dělníka, letěl směrem k nepříteli rychlostí asi sto metrů za sekundu. Maximální skutečně zaznamenaná vzdálenost byla více než 400 metrů.

Jaké fyzické zákony jsou založeny na tak působivých výsledcích? Odpověď: Počáteční rychlost kamenů (a později kovové koule) byla dána právě touto tajemnou odstředivou silou, která není jasná odkud. Vedle praku se tento fyzický jev stal základem pro vytvoření mnoha dalších a mnoha dalších strojů a mechanismů používaných člověkem.

Popis síly z pohledu fyziky

Velmi často lidé, a někdy je strašlivé říkat, dokonce i studenti technických univerzit používají takový výraz jako centripetální síla v rozhovoru, identifikují ji pomocí odstředivé síly. Samozřejmě, že tyto dva pojmy mají mnoho společného, ​​ačkoli to v žádném případě není totéž. Abychom získali lepší představu o tom, o čem se hovoříme, musíme si vzpomenout na malou školní fyziku.

Co je setrvačnost. Otočná kulka váží asi 9 gramů. Pokud ho vyhoříte asi o metr a pak ho zachytit rukama (rychlost nižší než 1,0 m / s), můžete cítit nepatrný zásah. Stejná kulka vystřelila ze zbraně a letěla rychlostí asi 500 m / s. snadno se rozbíhá přes borovicovou desku o tloušťce palce. A konečně kus vesmírného odpadu stejné hmoty, který létá na oběžné dráze první kosmická rychlost (8 000 m / s.) Jako kousek másla snadno prošije těžkou nádrž.

Každé tělo s hmotností m a pohybující se rychlostí V má kinetické energie :

Pro hroty:

E = 0,009 ∙ 1 2/2 = 0,0045 J.

Pro spálené pistole:

E = 0,009 ∙ 500 2/2 = 1 125 J.

Pro kosmické odpady:

E = 0,009 ∙ 8 000 2/2 = 288 000 J

Aby pohyblivé tělo bylo zastaveno, je nutné použít stejnou energii; za účelem rozptýlení nehybného těla na takovou rychlost je nutné vynaložit stejnou energii.

Nyní si představte, že určité tělo, létané v přímce, je nuceno změnit směr pohybu.

Tělo znázorněné na obrázku má rychlost ve směru osy x - V ^x , změna směru jeho pohybu udává rychlost ve směru osy osy - V ^y , na které je proto nutné vynaložit energii:

Konečně, vyzbrojení znalostmi setrvačnosti, můžete se vrátit do praku. Stručně řečeno, jedná se o kámen (zatížení), který se otáčí po kruhové dráze na závitu.

Tělo s hmotou m, nedrží jeho nit, bude letět rovně (což ve skutečnosti zažilo Goliath), ale držení nití neustále mění směr. Je zřejmé, že k tomu dochází při působení určité síly, která se obvykle nazývá centriletní síla - F _cc . V tomto případě je to tahová síla nitě.

Ale proč v tomto případě kámen neletí do ruky pražce? Důvodem je třetí zákon brilantního Newtona, který uvádí, že jakákoli síla působící na objekt vytváří reakční sílu, která je stejná ve velikosti a opačném směru. Tak _{se rodí} odstředivá síla F _cb .

Příklady života

Není náhodou, že na začátku článku je pražce považován za nejjednodušší příklad působení odstředivé síly, který je jednodušší simulovat, zkoušet a cítit. Kromě toho je tato fyzická veličina přítomna v řadě věcí a předmětů, které nás denně obklopují. Takže odstředivá síla, která pracuje ve svitcích bezpečnostních pásů, je bezpečná.

Fanoušci rybolovu nebudou schopni dělat své oblíbené hobby vůbec bez této moci a pak nám řeknou nesmysly. Například, házení těžké koryto - jeden k jednomu napodobení bojového praku. A to, co se v roli rybáře potápějí nebo chovají, není nic jiného než stejná zbraň, jen namísto smrtelného kamene - lžíce, wobbleru nebo přípravku.

Jak vypočítat odstředivou sílu

Skalární velikost odstředivé síly se vypočte podle vzorce:

kde:

F - požadovaná hodnota odstředivé síly, H;

m je tělesná hmotnost, kg;

V - rychlost pohybu stroje, m / s;

r je poloměr otáčení, m

Příklady výpočtů

Vypočtěte si sílu, se kterou je kámen vytahován ze závěsu: délka pásu je 1 metr od ruky praku k posteli. Válečník otáčí zbraň rychlostí 2 otáčky za sekundu. V praku je kámen o hmotnosti 200 gramů.

Obvod :

L = 2πR = 2 ∙ 3.14 1 = 6.28 m.

Druhý kámen tedy letí 2 2 L = 6,28 2 = 12,56 m, to je jeho rychlost - 12,56 m / s.

Požadovaná hodnota je následující:

F = mV ² / r = 0,2 kg ∙ 12,56 2/1 = 31,55 N.

Síla uvedena do provozu

Existuje mnoho příkladů, kdy odstředivá síla dělá užitečnou práci. Kromě boje s házením zbraní působí skvěle v moderních sportech. Technika házení kladivkem a v menší míře i disk je založen na tom, že se rychlost střely přesně odvíjí.

Tisíce různých strojů mají princip činnosti založený na použití odstředivé síly. Není třeba jít daleko, jen pamatujte na název jednoho z nejběžnějších typů čerpadel. A jméno je "odstředivé". Uvnitř tzv "Hlemýžďové" kolo s čepelemi otáčí nějakou pracovní tekutinu (kapalinu nebo plyn). Poté se díky odstředivým silám vytvoří na vnější stěně obvodu čerpadla zvýšená tlaková oblast a ve středu kochle se vytvoří snížená plocha, kde je rychlost otáčení minimální. Přiváděné médium, které vstoupilo do dutiny čerpadla tryskou v centrální části, je tedy vytlačováno pod tlakem přes výstup ve vnější stěně.

A to je jen jeden příklad. Odstředivé síly pracují ve všech typech čistících strojů v zemědělství. Princip separace (separace) sypkých materiálů je založen na rozdílu v energii produkované částicemi v důsledku rozdílné hustoty a hmotnosti.

A konečně příklad nejvíce každodenního života, jehož rozjímání nepotřebujete ani na stadion, ani na trh s obilím. Stačí se podívat na to, jak běžná pračka pracuje na rotaci. Lněné prádlo se přitlačí na stěny bubnu v důsledku odstředivé síly tak, že po stisknutí při 1000 otáčkách za minutu. spodní prádlo dostane své auto téměř suché.

Když s ní bojují

Ne vždy však je žádoucí odstředivá síla. V některých případech je třeba bojovat. Podrobnosti velkých velikostí v obráběcích strojích, lodních mechanizmech v motorech těžební vozíky během otáčení zažívají velké zatížení. Každý více či méně těžký konstrukční prvek, upevněný na rotujícím podstavci, má sklon k odchodu a odletu ve směru opačném ke středu otáčení. Montáž, například lopatky vrtulníku - obecně věda.

Každý motorista ví, že na kluzké cestě auto také fouká ve směru opačném k zakřivení plátna. Někdy můžete vidět, jak na nejostřejších koutách silničních stavitelů specificky působí zkreslení směrem ke středu zakřivení.

Odstředivá síla v přírodě

Jasný příklad projevu odstředivé síly v přírodě může sloužit jako únik a proudění v rovníkových oblastech. Faktem je, že se měsíc otáčí kolem Země. Naše planeta, ačkoli je mnohem těžší než její družice, je stále trochu "tančící", a to kolem něho lehce rotuje po malém okruhu. To vede k tomu, že ve dvou oblastech - směřovaných k Měsíci a naopak - jako hroby vod světového oceánu se tvoří.

Mimochodem, měsíc z přílivových sil se dostal víc. Právě oni zastavili rotaci kolem své osy. Díky odstředivé síle mohou obyvatelé modré planety vidět pouze jednu stranu svého přirozeného satelitu.

Stručný přehled

Takže odstředivá síla je reakcí na centrielní sílu. Skalární velikost odstředivé síly je přímo úměrná produkci tělesné hmoty čtvercem své lineární rychlosti a nepřímo úměrná poloměru otáčení. Vektor síly prochází středem otáčení a má od něj směr.