Разница между центростремительной и центробежной силой
Объект, совершающий круговое движение, каждую секунду меняет свою скорость. Это означает, что на частицу действует сила, которая заставляет ее двигаться по окружности. Говоря об этой силе, обычно упоминают две силы. Центростремительные и центробежные силы являются неотъемлемой частью кругового движения, но обе они равны и противоположны по направлению. Важным понятием, которое необходимо понять при изучении этого движения, является разница между этими двумя силами. Рассмотрим подробнее разницу между этими силами.
Центростремительная сила
На приведенном ниже рисунке показан объект, который движется по кругу. Предположим, что скорость тела постоянна. На рисунке показано направление мгновенной скорости и точки B и C. Поскольку ускорение - это изменение скорости, изменение скорости примерно указывает на центр кривизны. Чтобы измерить вещи мгновенно, точки В и С должны быть действительно сближены, а угол между ними должен быть бесконечно мал. При этом изменение скорости будет указывать прямо на центр кривизны.
Ускорение направлено к центру кривизны, так как скорость постоянно меняется и ускорение присутствует. Это ускорение называется центростремительным ускорением a c . Здесь центростремительный означает «искание центра» или «направление к центру». Выведем уравнение для расчета величины центростремительной силы.
Величина центростремительной силы определяется выражением
F = mv 2 /r
Это дает нам силу, действующую на объект при круговом движении со скоростью «v» и радиусом «r». Это уравнение зависит от квадрата скорости и обратно пропорционально радиусу «r».
Центробежная сила
Эта сила также является силой, действующей, когда объект находится в круговом движении. Эта сила имеет ту же величину, что и центростремительная сила, но имеет направление, противоположное центростремительной силе. Ее единицей также является ньютон (Н), эта сила не существует, когда измерения производятся в инерциальной системе отсчета, она существует только тогда, когда измерение производится относительно вращающейся системы отсчета.
Величина центробежной силы определяется выражением
F = mv 2 /r
Это дает нам центробежную силу, действующую на объект, совершающий круговое движение со скоростью «v» и радиусом «r».
В реальной жизни эта сила ощущается, когда кто-то сидит внутри машины и поворачивает. В этой ситуации все пассажиры испытывают толчок наружу. Эта сила действует там, потому что пассажиры, сидящие внутри автомобиля, находятся внутри системы отсчета вращения.
Разница между центробежной силой и центростремительной силой
Обе эти силы необходимы для кругового движения. Если центростремительная сила по своей природе является реальной силой и действует в инерциальной системе отсчета, то центробежная сила является псевдосилой и действует во внутренней системе отсчета, например – вращающейся системе отсчета. Обе эти силы равны по величине и действуют в противоположных направлениях. Интуитивно понятно, что центробежная сила имеет тенденцию удерживать объект, движущийся по прямой линии, и препятствовать повороту, с другой стороны, центростремительная сила заставляет объект двигаться по кругу. Давайте посмотрим на различия в табличной форме,
| Центростремительная сила | Центробежная сила |
| Она известна как реальная сила, которая существует и приложена извне. Такие силы, как гравитационная сила, нормальная сила и т. | Это известно как фиктивная или псевдосила. |
| Это сила, действующая на объект при круговом движении. Сила направлена к центру окружности. | Это сила, действующая на объект при круговом движении. Сила действует вдали от центра окружности. |
| Центростремительная сила действует как в инерциальной, так и в неинерциальной системе отсчета. | Центробежная сила действует в неинерциальной системе отсчета. (Вращающиеся кадры) |
| Примером может служить спутник, вращающийся вокруг планеты. | Отлетающий объект является примером действия центробежной силы. |
Примеры проблем
Вопрос 1: Найдите центростремительное ускорение тела, совершающего круговое движение радиусом 20 м. Скорость объекта 100 м/с.
Отвечать:
The centripetal acceleration is given by,
a = v2/r
Given:
v = 100m/s
r = 20m.
Plugging the values in the equation,
a = v2/r
⇒ a = (100)2/(20)
⇒ a = 10000/20
⇒ a = 500 m/s2
Вопрос 2: Найдите центростремительное ускорение тела, совершающего круговое движение радиусом 2 м. Скорость тела 10 м/с.
Отвечать:
The centripetal acceleration is given by,
a = v2/r
Given:
v = 10m/s
r = 2m.
Plugging the values in the equation,
a = v2/r
⇒ a = (10)2/(2)
⇒ a = 100/2
⇒ a = 50 m/s2
Вопрос 3: Объект (m = 8 кг) совершает круговое движение с радиусом 2 м. Найдите центростремительную силу, действующую на тело, если скорость тела 10 м/с.
Отвечать:
The centripetal acceleration is given by,
a = v2/r
Given:
v = 10m/s
r = 2m.
Plugging the values in the equation,
a = v2/r
⇒ a = (10)2/(2)
⇒ a = 100/2
⇒ a = 50 m/s2
Force acting on the object is given by,
F = ma
⇒ F = (8)(50)
⇒ F = 400 N
Вопрос 4: Объект (m = 2 кг) совершает круговое движение с радиусом 5 м. Найдите центростремительную силу, действующую на тело, если скорость тела 10 м/с.
Отвечать:
The centripetal acceleration is given by,
a = v2/r
Given:
v = 10m/s.
r = 5m.
Plugging the values in the equation,
a = v2/r
⇒ a = (10)2/(5)
⇒ a = 100/5
⇒ a = 20 m/s2
Force acting on the object is given by,
F = ma
⇒ F = (2)(20)
⇒ F = 40 N
Вопрос 5: Объект (m = 1 кг) совершает круговое движение с радиусом 4 м. Найдите скорость тела, если центростремительная сила, действующая на тело, равна 100 Н.
Отвечать:
Force acting on the object is given by,
F = ma
⇒ 100 = (1)(a)
⇒ a = 100 m/s2
The acceleration of the object is given by,
a = v2/r
⇒ 100 = v2/4
⇒ 400 = v2
⇒ v = 20 m/s.