Tsentripetaalset jõudu määratletakse järgmiselt: jõud tegutseb kehal, mis liigub ringikujulisel teel, mis on suunatud keskpunkti poole, mille ümber keha liigub. Mõiste pärineb ladina sõnadest tsentrum "keskpunkti" ja petere, mis tähendab "otsima".
Tsentripetaalset jõudu võib pidada keskpunkti püüdvaks jõuks. Selle suund on kere liikumise suhtes kere liikumiskeskme suunas risti (täisnurga all) täisnurga all (täisnurga all). Tsentripetaaljõud muudab objekti liikumise suunda seda muutmata kiirus.
Võtmeisikud: tsentripetaaljõud
- Tsentripetaaljõud on kehale liikuv jõud, mis liigub ringis ja mis suundub sissepoole selle punkti suunas, mille ümber objekt liigub.
- Vastupidises suunas olevat jõudu, mis on suunatud pöördekeskmest väljapoole, nimetatakse tsentrifugaaljõuks.
- Pöörleva keha korral on tsentrifugaaljõud ja tsentrifugaaljõud suurusjärgus võrdsed, kuid suunaga vastupidised.
Tsentrifugaaljõu ja tsentrifugaaljõu erinevus
Kui tsentrifuugjõud tõmbab keha pöördepunkti keskpunkti poole, surub tsentrifugaaljõud ("keskjoonest põgenev jõud") keskelt eemale.
Vastavalt Newtoni esimesse seadusesse, "puhkeasendis olev keha jääb puhkeolekusse, samas kui liikuv keha jääb liikuma, kui seda ei mõjuta väline jõud." Sisse Teisisõnu, kui objektile mõjuvad jõud on tasakaalus, jätkab objekt ühtlases tempos liikumist ilma kiirendus.
Tsentripetaalne jõud võimaldab kehal liikuda ringteel ilma puutujata välja lendamata, tegutsedes pidevalt oma teega täisnurga all. Sel viisil toimib see objektile Newtoni esimese seaduse ühe jõuduna, hoides sellega objekti inertsust.
Newtoni teine seadus kehtib ka tsentripetaalse jõu nõue, mis ütleb, et kui objekt soovib liikuda ringis, peab sellele mõjuv netojõud olema sissepoole. Newtoni teine seadus ütleb, et kiirendatav objekt läbib netojõu, kusjuures netojõu suund on sama kui kiirenduse suund. Ringis liikuva objekti korral peab tsentrifugaaljõu vastu võitlemiseks olema kohal tsentripetaaljõud (netojõud).
Pöörleval võrdlusraamil oleva statsionaarse objekti (nt istme kiigel) seisukohalt on tsentrifugaal ja tsentrifugaal suurusjärgus võrdsed, kuid suunaga vastupidised. Tsentrifuugjõud mõjutab liikumisel olevat keha, tsentrifugaaljõud aga mitte. Sel põhjusel nimetatakse tsentrifugaaljõudu mõnikord "virtuaalseks jõuks".
Kuidas arvutada tsentripetaalset jõudu
Tsentripetaalse jõu matemaatiline kujutis tuletati Hollandi füüsiku Christiaan Huygeni poolt 1659. aastal. Püsikiirusel ringrada kulgeva keha korral on ringi raadius (r) võrdne keha massiga (m), mis on korrutatud ruudu kiirus v) jagatud tsentrifuugjõuga (F):
r = mv2/ F
Võrrandit võib tsentrapetaalse jõu lahendamiseks ümber korraldada:
F = mv2/ r
Oluline punkt, mida peaksite võrrandist märkima, on see, et tsentripetaaljõud on võrdeline kiiruse ruuduga. See tähendab, et objekti kiiruse kahekordistamiseks on vaja neli korda tsentripetaalset jõudu, et objekt liiguks ringis. Selle praktiline näide on näha autoga järsu kurvi võtmisel. Siin on hõõrdumine ainus jõud, mis hoiab sõiduki rehve teel. Kiiruse suurendamine suurendab jõudu märkimisväärselt, nii et libisemine muutub tõenäolisemaks.
Pange tähele ka tsentripetaalse jõu arvutamist, kui eeldatakse, et objektile ei mõju lisajõud.
Tsentripetaalse kiirenduse valem
Teine levinud arvutus on tsentripetaalne kiirendus, mis on kiiruse muutus jagatuna aja muutusega. Kiirendus on kiiruse ruut jagatud ringi raadiusega:
Δv / Δt = a = v2/ r
Tsentripetaaljõudude praktilised rakendused
Tsentripetaalse jõu klassikaline näide on juhtum, kui mingi objekt on nöörile kinnitatud. Siin annab trossi pinge tsentripetaalse "tõmbejõu".
Tsentripetaaljõud on "surumisjõud" Wall Deathi mootorratturi korral.
Tsentrifuugjõudu kasutatakse laboratoorsete tsentrifuugide jaoks. Siin eraldatakse vedelikus suspendeeritud osakesed vedelikust kiirendustorude abil orienteeritud nii, et raskemad osakesed (s.o suurema massiga esemed) tõmmatakse süvendi põhja poole torud. Kuigi tsentrifuugid eraldavad tavaliselt tahked ained vedelikest, võivad nad ka vedelikke fraktsioneerida, nagu vereproovides, või gaaside eraldi komponente.
Gaasitsentrifuugi abil eraldatakse raskem isotoop uraan-238 kergemast isotoopist uraan-235. Raskem isotoop tõmmatakse ketrussilindri väliskülje poole. Raske fraktsioon koputatakse ja suunatakse teise tsentrifuugi. Protsessi korratakse, kuni gaas on piisavalt "rikastatud".
Vedela peegliteleskoobi (LMT) võib teha peegeldi keerates vedel metall, nagu elavhõbe. Peegelpind omandab paraboloidi kuju, kuna tsentripetaaljõud sõltub kiiruse ruudust. Seetõttu on ketrusvedeliku metalli kõrgus võrdeline selle keskpunkti kauguse ruuduga. Vedelike ketrusvedelike eeldatavat huvitavat kuju võib jälgida vee ämbri ühtlase kiirusega keerutamisel.