Centrifugalkraftformler, hur beräknat, exempel, övningar

De centrifugalkraft tenderar att trycka ut kropparna som vänder en kurva. Det anses vara en fiktiv kraft, pseudofuerza antingen tröghet, eftersom det inte orsakas av interaktioner mellan verkliga objekt, men är en manifestation av tröghet av kropparna. Tröghet är den egenskap som gör att föremål vill hålla sina vila eller enhetliga rätlinjer rörelse, om de har det.

Termen "centrifugalkraft" myntades av forskaren Christian Huygens (1629-1695). Han bekräftade att planeternas krökta rörelse tenderar att flytta dem bort om inte solen utövade en viss kraft för att behålla dem och beräknade att denna kraft var proportionell mot kvadratet för hastigheten och omvänt proportionell mot radien för den beskrivna omkretsen.

Figur 1. När man ger en kurva upplever passagerare en kraft som tenderar att få dem ur den. Källa: Libreshot.

För dem som reser med bil är centrifugalkraft inte alls fiktiv. Passagerarna på en bil som vänder till höger känsla drivs till vänster, och vice versa, när bilen vänder till vänster, upplever människor en kraft till höger, som verkar vilja flytta dem bort från centrum av kurvan.

Centrifugalkraftens storlek F_g Det beräknas av följande uttryck:

 Var:

-F_g Det är storleken på centrifugalkraften

-m Det är objektets massa

-v Det är hastighet

-R Det är radien för den böjda banan.

Kraft är en vektor, därför används djärv bokstav för att skilja det från dess storlek, vilket är en skalar.

Du måste alltid komma ihåg, det F_g visas bara när rörelsen beskrivs med ett accelererat referenssystem.

I exemplet som beskrivs i början utgör turnén som roterar en accelererad referens, eftersom den kräver centripetalacceleration, så att jag kan vända mig.

[TOC]

Hur beräknas centrifugalkraften?

Valet av referenssystemet är avgörande för uppskattningen av rörelsen. Ett accelererat referenssystem är också känt som icke -inertialt system.

I denna typ av system, som en bil som roterar, visas fiktiva krafter som centrifugalkraft, vars ursprung inte är en verklig interaktion mellan föremål. En passagerare kunde inte säga vad som driver honom ur kurvan, han kan bara bekräfta vad som händer så här.

Å andra sidan, i ett tröghetsreferenssystem, ges interaktioner mellan riktiga föremål, såsom kroppen i rörelse och jorden, vilket resulterar i vikt, eller mellan kroppen och ytan som den rör sig, som har sitt ursprung i friktion och vanligt.

En observatör som står på kanten av vägen och som ser bilen för att ge kurvan, är ett bra exempel på tröghetsreferenssystem. För denna observatör kretsar bilen eftersom den verkar en kraft riktad mot kurvens centrum, vilket tvingar honom att inte komma ut ur den. Det handlar om centripetalkraft som produceras av friktion mellan däck och trottoar.

I ett tröghetsreferenssystem visas inte centrifugalkraften. Därför är det första steget att beräkna det att noggrant välja referenssystemet som kommer att användas för att beskriva rörelsen.

Det kan tjäna dig: känslig värme: koncept, formler och övningar löst

Slutligen bör det noteras att tröghetsreferenssystem inte nödvändigtvis bör vara i vila, till exempel observatören som tittar på fordonet för att ge kurvan. Ett tröghetsreferenssystem, känt som Laboratoriereferensram, Det kan också vara i rörelse. Naturligtvis med konstant hastighet angående en tröghet.

Gratis kroppsdiagram i ett tröghets- och icke-trångsystem

I nästa figur till vänster, en observatör eller står och tittar på O ', som är på plattformen som kretsar i den angivna riktningen. För O, som är en tröghetsram, säkert eller 'upprätthålls genom att vända på grund av centripetalkraft F_c producerad av nätväggen på baksidan av o '.

figur 2. En person som står på en roterande plattform ses från två olika referenssystem: ett fast och ett som följer med personen. Källa: Santillana -fysik.

Endast i tröghetsreferenssystem är det giltigt att tillämpa Newtons andra lag, som säger att netkraften är lika med produkten av massan genom acceleration. Och därmed, med det fria kroppsdiagrammet som visas, erhålls det:

F_c = MA_c

F_c= MV² / R

På samma sätt finns det också ett gratis kroppsdiagram i rätt figur som beskriver vad observatören ser eller '. Ur hans synvinkel är han i vila, därför är krafterna på honom balanserade.

Dessa krafter är: normala F, att väggen utövar på den, i rött och riktat mot mitten och centrifugalkraften F_g Det skjuter ut det och som inte härstammar från någon interaktion, det är en icke-aorial kraft som visas i referenssystemen i rotation.

Centrifugalkraften är fiktiv, balanseras av en verklig kraft, kontakten eller den normala kraften som pekar på mitten. Därför:

∑f_x = 0 → F_g - F = 0

F_g = F

Exempel

Även om centrifugalkraften betraktas som en pseudo -freckling, är dess effekter ganska verkliga, vilket kan ses i följande exempel:

- I alla roterande spel i en nöjespark är centrifugalkraften närvarande. Hon tar hand om att "vi springer bort från mitten" och erbjuder ständigt motstånd om du försöker gå mot mitten av en rörlig karusell. I följande pendel kan du se centrifugalkraften:

Kan tjäna dig: Eugen Goldstein: Biografi, bidrag och upptäckter

https: // giphy.com/gifs/jtu3pnmkqomqdujwmo

- Coriolis -effekten uppstår från den markbundna rotationen, vilket får jorden att upphöra att vara en tröghetsram. Då dyker upp Coriolis kraft, att en pseudo-kraft som i sidled avleder föremålen, som med de människor som försöker gå på en roterande plattform.

https: // giphy.com/gifs/the-x-files sully-mulder-funlgylkhobs

Övningar

Övning 1

En bil som roterar med acceleration TILL Till höger bär han en fylld leksak som hänger från den inre bakspegeln. Rita och jämföra leksaksfria kroppsdiagram från:

a) Den tröghetsreferensramen för en observatör som står på vägen.

b) En passagerare som reser i bilen.

Lösning till

En observatör som står på vägen varnar för att leksaken rör sig snabbt, med acceleration TILL till höger.

Figur 3. Gratis kroppsdiagram för övning 1A. Källa: f. Zapata.

Det finns två krafter som agerar på leksaken: å ena sidan spänningen i repet T och den vertikala vikten ner W. Vikten är balanserad med den vertikala komponenten i spänningen Tcosθ, därför:

W - tcosθ = 0

Den horisontella komponenten i spänningen: T. Senθ Det är den obalanserade kraften som är ansvarig för accelerationen till höger, därför är centripetalkraften:

F_c= T.senθ = ma_c

Lösning B

För en passagerare i bilen hänger leksaken i balans och diagrammet är som följer:

Figur 4. Gratis kroppsdiagram för övning 1B. Källa: f. Zapata.

Liksom i föregående fall kompenseras vikten och den vertikala komponenten i spänningen. Men den horisontella komponenten är balanserad med fiktiv kraft F_g = MA, så att:

-ma + tsenθ = 0

F_g = MA

Övning 2

En valuta är i utkanten av en gammal vinyluppgifter, vars radie är 15 cm och roterar med en hastighet av 33 varv / minut. Hitta den minsta statiska friktionskoefficienten som är nödvändig för att valutan ska upprätthållas på plats med valutas valuta.

Lösning

I figuren är det fria kroppsdiagrammet för en observatör som rör sig med valutan. Det normala N att toadiscos utövar vertikalt uppåt balanserar med vikten W, medan centrifugalkraften F_g kompenseras av statisk gnuggning F_Rör.

Figur 5. Gratis kroppsdiagram för övning 2. Källa: f. Zapata.

N - w = 0

F_Rör - F_g = 0

Storleken på centrifugalkraften är Mv²/R, Som nämnts i början, då:

F_Rör = F_g = MV²/R

Å andra sidan ges den statiska friktionskraften av:

Kan tjäna dig: Volt eller Volt: Concept and Formler, Equivalences, Exempel

F_{Reco =} μ_s.N

Var μ_s Det är den statiska gnidkoefficienten, en släppt kvantitet vars värde beror på hur ytor är i kontakt. Att ersätta denna ekvation kvarstår:

μ_s.N = mv²/R → μ_s = MV²/R.N

Det skulle vara nödvändigt att bestämma storleken på den normala, som är relaterad till vikten enligt n = mg. Ersätt igen:

μ_s = MV²/R.mg → μ_s = v²/Rg

Tillbaka till uttalandet rapporterar detta att valutan kretsar med en hastighet av 33 varv /minut, vilket är vinkelhastighet eller vinkelfrekvens Ω, relaterat till linjär hastighet v:

v = ω.R = 33 varv/min . 2π Radianes/Rev . 15 cm . (1 min/60 s) = 51. 8 cm/s

μ_s = v²/Rg = (51.8 cm/s)²/ (15 cm x 981 cm/ s²) = 0.18

Resultaten av denna övning skulle ha varit desamma som att ha valt ett tröghetsreferenssystem. I det här fallet är den enda kraften som kan komma från acceleration mot centrum.

Ansökningar

Som vi har sagt är Centrifugal Force en fiktiv kraft, som inte visas i tröghetsramarna, som är de enda där Newtons lagar är giltiga. I dem är Centripetal Force ansvarig för att ge kroppen nödvändig acceleration mot mitten.

Centripetal Force är inte en annan kraft än den redan kända. Tvärtom, det är just dessa som gör rollen som centripetalkrafter när det är lämpligt. Till exempel allvaren som gör månen bana.

Men när accelererade referenssystem finns i överflöd har fiktiva krafter mycket verkliga effekter. För prov är här tre viktiga applikationer där de har konkreta effekter:

Centrifugatorer

Centrifugatorer är allmänt använda instrument i laboratoriet. Tanken är att göra en blandning av ämnen svänger i hög hastighet och de ämnen med större massa, upplever större centrifugalkraft, enligt den ekvation som beskrivs i början.

Då tenderar de mest massiva partiklarna att röra sig från rotationsaxeln och därmed separeras från den lättaste, som kommer att förbli närmare mitten.

Tvättmaskiner

Automatiska tvättmaskiner har olika pressningscykler. I dem centrifugeras kläderna för att eliminera det återstående vattnet. En mer revolution av cykeln, mindre våta kommer att vara kläderna i slutet av tvätten.

Kurvperalt

Bilarna tar kurvorna på vägarna bättre, tack vare vägen som lutar sig lite mot centrum av kurvan, vad som kallas Peralte. På detta sätt beror inte bilen uteslutande på statisk friktion mellan däcken och vägen för att slutföra svängen utan att lämna kurvan.

Referenser

1. Acosta, Victor. Konstruktion av en didaktisk guide på centrifugalkraft för cykelstudenter V Grad 10.Återhämtat sig från: bdigital.en i.Edu.co.
2. Toppr. Lagar om rörelse: rörelsecirkulär. Återhämtat sig från: toppr.com.
3. Resnick, r. (1999). Fysisk. Vul. 1. 3: e upplagan. på spanska. Kontinentala redaktionella företag s.TILL. av C.V.
4. Autonomous University of the State of Hidalgo. Centrifugalkraft. Återhämtat sig från: uaeh.Edu.mx
5. Wikipedia. Centrifugatorer. Återhämtad från: är.Wikipedia.org.