Центробежна сила - враг или съюзник
Този, който е запознат Стар завет Свещеното Писание лесно си спомня историята за битката между Давид и Голиат. Ужасният гигант бе убит с помощта на прашка. Но прашката е изцяло обект от реалния живот, най-простото устройство, оръжието, което е било използвано по времето, когато лъкът е бил считан за напреднала техника. Най-ранните артефакти, открити при разкопки, класифицирани като прашка, са на десет хиляди години. Трябва да кажа, че въпреки изключително простото устройство, прашка не е била толкова безобидна. Камъкът, освободен от слинг с ръка на опитен метален работник, летеше към врага със скорост около сто метра в секунда. Максималното действително отчетено разстояние за хвърляне е повече от 400 метра.
Какви физически закони се основават на такива впечатляващи резултати? Отговор: Първоначалната скорост на камъка (а по-късно и на метален топчик) е дадена именно от тази тайнствена центробежна сила, която не е ясна от къде. В допълнение към прашката, това физическо явление е в основата на създаването на много повече и много други машини и механизми, използвани от човека.
Описание на силата от гледна точка на физиката
Много често хората, а понякога и страшно е да се каже, дори студентите от техническите университети използват такъв израз като центростремителната сила в разговора, идентифицирайки го с центробежна сила. Разбира се, двата термина имат много общо, въпреки че това по никакъв начин не е едно и също нещо. За да разберем по-добре какви феномени говорим, трябва да си припомним малко физика в училище.
Какво е инерция. Револвиращият куршум тежи около 9 грама. Ако го изхвърлите на около метър и след това го хванете с ръка (скорост по-малка от 1.0 m / s), можете да почувствате лек удар. Същият куршум уволнен от оръжие и летящ със скорост около 500 m / s. лесно се пробива в бордовата дъска с дебелина инч И накрая, парче космически отпадъци от една и съща маса, летящи в орбита първата космическа скорост (8 000 m / s.), Като парче масло, лесно ще пробие тежък резервоар.
Всяко тяло с маса m и движещо се със скорост V кинетична енергия :
За хвърлени куршуми:
Е = 0.009 2 1 2/2 = 0.0045 J.
За изстрелян пистолет:
Е = 0.009 2 500 2/2 = 1 125 J.
За космически отпадъци:
E = 0,009 000 8 000 2/2 = 288 000 J
За да спре движещото се тяло, е необходимо да приложите същата енергия; за да се разпръсне фиксираното тяло до такава скорост, е необходимо да се изразходва същата енергия.
Сега си представете, че определено тяло, летящо по права линия, е принудено да промени посоката на движение.
Тялото, изобразено на фигурата, има скорост в посока на оста х - V x , промяната на посоката на движение дава скорост в посока на ординатната ос - V y , върху която съответно е необходимо да се изразходва енергия:
Накрая, въоръжен със знанието за инерцията, можете да се върнете в прашката. Накратко, това е камък (товар), въртящ се по кръгова пътека на нишка.
Тяло с маса m, не държи нишката си, ще лети направо (което, всъщност, преживява Голиат), но се държи от нишката непрекъснато променя посоката си. Очевидно това се случва под действието на някаква сила, която обикновено се нарича центростремителна сила - Fcc . В този случай това е силата на опън на конеца.
Но защо в този случай камъкът не лети в ръката на прашка? Причината е третият закон на брилянтния Нютон, който заявява, че всяка сила, приложена върху обект, генерира сила на реакция, равна по величина и противоположна по посока. Така се ражда центробежната сила Fcb .
Примери от живота
Неслучайно в началото на статията се разглежда прашката - най-простият пример за действието на центробежната сила, която е по-лесна за симулиране, опитване и усещане. Но освен това, това физическо количество присъства в редица неща и обекти, които ежедневно ни заобикалят. Така че, центробежната сила, работеща в намотките на предпазните колани, прави пътуването безопасно.
Феновете на риболова изобщо няма да могат да направят любимото си хоби без тази сила и след това да ни кажат глупости. Например, хвърляне на тежки корита - една към една имитация на борба слинг. А предене или кърпа в ръката на един рибар не е нищо друго освен едно и също оръжие, само вместо смъртоносен камък - лъжица, воблер или джиг.
Как да се изчисли центробежната сила
Скаларната величина на центробежната сила се изчислява по формулата:
когато:
F - желаната стойност на центробежната сила, Н;
m е телесно тегло, kg;
V - скорост на движение на тялото, m / s.
r е радиусът на въртене, m
Примери за изчисления
Нека изчислим силата, с която камъкът е избутан от прашката: дължината на колана е 1 метър от ръката на прашката до леглото. Воинът върти оръжието си със скорост 2 оборота в секунда. В прашката е камък с тегло 200 грама.
обиколка :
L = 2πR = 2 4 3.14 1 = 6.28 m.
Така втори камък лети с 2 2 L = 6.28 2 = 12.56 m, това е неговата скорост - 12.56 m / s.
Търсената стойност е както следва:
F = mV 2 / r = 0.2 kg .5 12.56 2/1 = 31.55 N.
Принудително пускане в експлоатация
Има много примери, в които центробежната сила прави полезна работа. В допълнение към борбата с хвърлянето на оръжия, той работи чудесно в модерните спортове. Техниката на хвърляне на чук и в по-малка степен дискът се основава на това, че скоростта на снаряда се постига чрез точно отпускане.
Хиляди различни машини имат принцип на работа, основан на използването на центробежна сила. Няма нужда да отидете далеч, само помнете името на един от най-често срещаните видове помпи. А името, което той е "центробежно". Вътре в т. Нар "Охлюва" колело с остриета извива някакъв вид работна течност (течност или газ). След това, благодарение на центробежните сили, във външната стена на обиколката на помпата се образува повишена зона на налягане и се образува намалена площ в центъра на ушната мида, където скоростта на въртене е минимална. По този начин, транспортираната среда, която е влязла в кухината на помпата през дюзата в централната част, се изхвърля под налягане през изход във външната стена.
И това е само един пример. Центробежните сили работят във всички видове почистващи машини в селското стопанство. Принципът на разделяне (разделяне) на насипни материали се основава на разликата в енергията, произвеждана от частици поради различна плътност и маса.
И накрая, пример за най-ежедневния живот, за съзерцанието на което не е нужно да отидете нито на стадиона, нито на пазара на зърно. Само погледнете как работи най-обикновената пералня. Ленът се притиска към стените на барабана поради центробежната сила, толкова много, че след натискане при 1000 об / мин. бельото получава почти суха кола.
Когато се бият с нея
Но не винаги е необходима центробежна сила. В някои случаи трябва да се води борба. Детайли на големи размери в металорежещи машини, корабни механизми в двигатели камиони преживяват по време на въртене огромни товари. Всеки повече или по-малко тежък конструктивен елемент, фиксиран на въртяща се основа, има тенденция да излиза и да отлети в посока, противоположна на центъра на въртене. А монтиране, например, хеликоптер остриета - обикновено цяло науката.
Всеки шофьор знае, че на хлъзгав път автомобилът също духа в посока, обратна на кривината на платното. Понякога можете да видите как по най-острите ъгли пътно строителите специално се отклоняват към центъра на извивката.
Центробежна сила в природата
Ясен пример за проявление на центробежна сила в природата може да служи като приливи и отливи в екваториалните региони. Факт е, че не само Луната се върти около Земята. Планетата ни, макар и много по-тежка от спътника си, все още е малко „танцуваща“ към нея, въртейки се около нея малко по малък радиус. Това води до факта, че в две области - насочени към Луната и обратно - се образуват гърбици на водите на световния океан.
Между другото, луната от силите на приливите има повече. Именно те спряха въртенето му около оста си. Благодарение на центробежната сила обитателите на синята планета могат да видят само едната страна на естествения си спътник.
Кратко резюме
Така че центробежната сила е отговор на центростремителната сила. Скаларната величина на центробежната сила е директно пропорционална на произведението на телесната маса с квадрата на неговата линейна скорост и обратно пропорционален на радиуса на въртене. Векторът на силите преминава през центъра на въртене и има посока - от него.