Центробежная и центростремительная сила в чем разница

В чем разница между центробежной и центростремительной силой

В седьмом классе на уроках физики школьники проходят механику — раздел о том, как движутся и взаимодействуют тела между собой. Механика изучает блоки, рычаги, силы. В том числе, центробежную и центростремительную.

По словам преподавателей московских школ, каждый четвёртый школьник не отличает одну силу от другой. Ученики путаются из-за общего корня — центр. Пришло время разобраться, что это такое, в чём разница между ними и чем похожи.

Что такое центробежная сила

• Когда стиральная машинка отжимает мокрое бельё, барабан быстро крутится. Так вода выходит из ткани.
• Метание молота на олимпийских играх. Перед броском спортсмен кружится вокруг своей оси, а потом отпускает молот.
• В китайских цирках популярен номер с мотоциклистами в металлическом шаре. Каскадёров запускают внутрь конструкции, где они разгоняются и ездят по всей поверхности шара. Даже по верху.
• На крутом повороте пассажиров внутри автомобиля заносит в сторону.

Центробежная сила (F_цб) — это сила, которая действует на криволинейно движущееся тело с угловой скоростью. Чтобы её найти, используют две формулы: F = ma или F= mv 2 /r, где m — масса, a — ускорение, v — скорость r — радиус.

F_цб возникает при инерции, когда тело перемещается криволинейно. Она зависит от двух вещей: центра вращения; радиуса до предмета. Например, метание молота: спортсмен начинает кружиться вокруг своей оси вместе со снарядом. Металлическая проволока натягивается шаром, который весит как школьный портфель. Когда атлет отпускает ручку, молот улетает по прямой.

Молот натягивает проволоку, когда кружится в воздухе. На него действует инерция, которая “вырывают” его с траектории движения. Вместе с ними шар удерживают атлет и натянутая проволока. Поэтому, снаряд не улетит, пока спортсмен не отпустит ручку.

Теперь обратно к формуле: радиус — длина проволоки; масса — вес шара; скорость — это насколько быстро атлет кружится; центр вращение — сам спортсмен.

Что такое центростремительная сила

• Земля летает вокруг Солнца по орбите.
• Йо-йо кружится вокруг руки.
• Колесо обозрения делает полный оборот.

Центростремительная сила (F_цс) — это сила, которая действует на криволинейно движущееся тело. Чтобы её найти, используют формулу: F= mv 2 /r .

F_цс возникает, когда тело движется по кругу и его что-то удерживает на траектории. Вернёмся к примеру с метанием молота: шар кружится в воздухе, но не улетает от атлета дальше длины проволоки. Как будто, что-то притягивает предмет. Его удерживает F_цс.

F_цс — это обобщение других влияний на предмет действия. Например, атлет удерживает молот или Солнце притягивает к себе Землю и она не улетает с орбиты.

В первом случае шар удерживают сам спортсмен и натяжение проволоки. Во втором — Землю не отпускает притяжение Солнца. Эти случаи не имеют ничего общего, но называют их одинаково.

F_цс зависит от: радиуса между предметом; центром вращения. Чем больше расстояние между центром вращения и предметом, тем меньше на него действуют. Например, если на метровую верёвку привязать камень, вращать его, то он станет тянуть с силой F. Если поменять верёвку на 2-метровую, то уже будет F/2.

Что общего между ними

Пришло время сравнить центробежную и центростремительную силы. У них есть отличия и сходства. Вот общие черты:

Равны по значению

Земля кружится вокруг Солнца по эллиптической орбите. Когда планета пролетает на расстоянии 147 миллионов километров, её скорость равна 30,2 км/с. Этот участок называется перигелий. Здесь F_цб больше всего, потому что скорость выше средней, а промежуток между планетой с центром вращения короткий.

На расстоянии в 152 миллиона километров до Солнца скорость падает до 29,2 км/с. Эта зона называется афелием. Здесь F_цб самая низкая, потому что дистанция до звезды больше, а скорость ниже средней.

Между перигелием и афелием планета летит со средней скоростью 29,8 км/с.

Возникают одновременно

Они появляются, когда предмет движется криволинейно. Вот примеры для наглядности:

В лопасти конструкции с электромотором повесили два груза. Мотор закрутил их, появилась инерция. Они начали кружиться на лопастях, но не улетели. Их удержала F_цс.

Автомобиль разогнался до 120 км/ч и пошёл в вираж. Машину занесло, она поменяла направление движения за счёт F_цб. Но автомобиль не вылетел с дороги и остался на полосе. Так получилось, потому что F_цс удержала машину.

Во всех примерах они стали действовать одновременно.

Чем они различаются

Они возникают, когда тело движется криволинейно. Их значения равны. Но они — не одно и то же. Пора разобраться, в чём разница.

Разные по направлению

Первое отличие — направление. То, что они друг другу равны и одновременно появляются не означает, что их векторы смотрят в одну сторону.

Земля вращается вокруг Солнца по своей орбите. Она пытается оторваться от звезды, чтобы улететь в Галактику. Но её что-то удерживает.

F_цб направлена от центра вращения. Она тянет планету как можно дальше от звезды. Но почему в перигелии она самая большая? Потому что, чем ближе планета к центру, тем больше на неё действуют. Если подставить в формулу F= mv 2 /r скорость и радиус перигелия, а потом афелия, то получится что F_цб больше на коротком участке.

F_цс — это противоположность центробежной. Она направлена к центру и не даёт телу сойти с траектории.

Для F_цб и F_цс работает Третий закон Ньютона: F₁=-F₂. Тела действуют друг на друга одинаково по модулю, но противоположно по направлению. Поэтому, Земля до сих пор крутится вокруг Солнца.

Источники возникновения

Кроме противоположных векторов направления у них есть ещё одно различие — причину появления.

Инерция появляется, когда предмет перемещается криволинейно. То есть, автомобиль пытается двигаться прямолинейно, когда входит в поворот на скорости 120 км/ч.

F_цс появляется из-за разных источников: тяга двигателя не даёт слететь машине с дороги; мощь спортсмена и натяжения проволоки держат молот; Солнце притягивает Землю. Все эти примеры — разные физические явления, но называют их одинаково.

В чём разница между центробежной и центростремительной силы?

Центробежная сила возникает вследствие криволинейного движения тела. При криволинейном движении скорость тела постоянно изменяется по направлению, поэтому, даже если абсолютная величина скорости постоянна, производная от скорости по времени (ускорение) не равна нулю. В соответствии со вторым законом Ньютона (сила есть произведение массы на ускорение) и возникает центробежная сила.

Центростремительная сила — это внешняя сила, которая уравновешивает центробежную силу и удерживает тело на определенной криволинейной траектории. Например, если вы вертите по кругу привязанный за верёвочку мяч, то центростремительная сила — это сила натяжения верёвочки. Для искусственного спутника Земли центростремительная сила — это сила гравитации.

Центростремительная и центробежная сила

Портал Проза.ру предоставляет авторам возможность свободной публикации своих литературных произведений в сети Интернет на основании пользовательского договора. Все авторские права на произведения принадлежат авторам и охраняются законом. Перепечатка произведений возможна только с согласия его автора, к которому вы можете обратиться на его авторской странице. Ответственность за тексты произведений авторы несут самостоятельно на основании правил публикации и законодательства Российской Федерации. Данные пользователей обрабатываются на основании Политики обработки персональных данных. Вы также можете посмотреть более подробную информацию о портале и связаться с администрацией.

Ежедневная аудитория портала Проза.ру – порядка 100 тысяч посетителей, которые в общей сумме просматривают более полумиллиона страниц по данным счетчика посещаемости, который расположен справа от этого текста. В каждой графе указано по две цифры: количество просмотров и количество посетителей.

© Все права принадлежат авторам, 2000-2023. Портал работает под эгидой Российского союза писателей. 18+

В чем разница между центробежной и центростремительной силой

Различие между центробежной и центростремительной силой

На любой объект, который вращается по круговой траектории, действует сила. Она направлена к центральной точке окружности, описываемой траектории. Такая сила называется центростремительной.

Центробежная сила часто упоминается как сила инерции или фиктивная сила. Она в основном используется для ссылки на силы, которые связаны с движением в неинерциальной системе отсчета.

Согласно третьему закону Ньютона, каждое действие имеет противоположное ему по направлению и равное по силе противодействие. И в этой концепции, центробежная сила является реакцией на действие центростремительной силы.

Обе силы являются инерциальными, так как возникают только при движении объекта. Также они всегда появляются парами и уравновешивают друг друга. Поэтому на практике ими часто можно пренебречь.

Примеры центробежной и центростремительной силы

Если взять камень и привязать к нему веревку, а затем начать вращать веревку над головой, то возникнет центростремительная сила. Она будет действовать через веревку на камень и не позволять ему удаляться на расстояние больше длины самой веревки, как это произошло бы при обычном броске. Центробежная сила будет действовать противоположным образом. Она будет количественно равна и противоположна по направлению центростремительной силе. Такая сила тем больше, чем массивнее тело, движущееся по замкнутой траектории.

Общеизвестно, что Луна вращается вокруг Земли по круговой орбите. Сила притяжения, которая существует между Землей и Луной есть результат действия центростремительной силы. Центробежная сила, в этом случае, является виртуальной и на самом деле не существует. Это вытекает из третьего закона Ньютона. Однако, несмотря на абстрактность, центробежная сила выполняет очень важную роль во взаимодействии двух небесных тел. Благодаря ей Земля и ее спутник не отдаляются и не сближаются друг с другом, а движутся по стационарным орбитам. Без центробежной силы они давно столкнулись бы.

Заключение

1. В то время как центростремительная сила направлена к центру окружности, центробежная противоположна ей.

2. Центробежную силу часто называют инерциальной или фиктивной.

3. Центробежная сила всегда равна по количественному значению и противоположна по направлению центростремительной силе.

5. Слово «центростремительная» было получено от латинских слов. «Centrum» означает центр, а «petere» значит «искать». Понятие «центробежная» получено от латинских слов «centrum» и «fugere», что означает «бежать».