Sådan finder du Centripetal Force

Ethvert objekt, der bevæger sig i en cirkel, accelererer, selvom dets hastighed forbliver den samme. Dette kan virke modstridende, fordi hvordan kan du have acceleration uden ændring i hastighed? Faktisk, fordi acceleration er hastigheden for ændring af hastighed, og hastigheden inkluderer hastighed og bevægelsesretningen, er det umuligt at have cirkulær bevægelse uden acceleration. Ved Newtons anden lov er enhver acceleration ( a
) knyttet til en styrke ( F
) af F
\u003d ma
og i i tilfælde af cirkulær bevægelse kaldes den pågældende kraft centripetalkraften. Arbejde med dette er en simpel proces, men du skal muligvis overveje situationen på forskellige måder afhængigt af de oplysninger, du har.

TL; DR (for lang; læste ikke)

Find centripetalkraften ved hjælp af formlen:

F

\u003d mv
^{2 / r}

Her refererer F
til kraften, m
er objektets masse, v
er objektets tangentialhastighed, og r
er radius for den cirkel, den bevæger sig i. Hvis du kender kilden til centripetalkraften (f.eks. tyngdekraften), kan du finde centripetalkraften ved hjælp af ligningen for den kraft.
Hvad er centripetalkraft ?

Centripetal kraft er ikke en styrke på samme måde som tyngdekraft eller friktionskraft. Centripetal kraft eksisterer, fordi centripetal acceleration findes, men den fysiske årsag til denne styrke kan variere afhængigt af den specifikke situation.

Overvej Jordens bevægelse omkring solen. Selvom hastigheden på dens bane er konstant, skifter den kontinuerlig retning og har derfor acceleration rettet mod solen. Denne acceleration skal være forårsaget af en styrke i henhold til Newtons første og anden bevægelseslovgivning. I tilfælde af Jordens bane er kraften, der forårsager accelerationen, tyngdekraften.

Hvis du imidlertid svinger en kugle på en streng i en cirkel med konstant hastighed, er kraften, der forårsager accelerationen, anden. I dette tilfælde kommer kraften fra spændingen i strengen. Et andet eksempel er en bil, der opretholder en konstant hastighed, men drejer i en cirkel. I dette tilfælde er friktionen mellem bilens hjul og vejen kilden til styrken.

Med andre ord findes centripetalkræfter, men den fysiske årsag hertil afhænger af situationen.
Formel for Centripetal Force og Centripetal Acceleration

Centripetal acceleration er navnet på accelerationen direkte mod midten af cirklen i cirkulær bevægelse. Dette er defineret af:

a

\u003d v
^{2 / r}

Hvor v
er objektets hastighed i linjen tangentiel for cirklen, og r
er radius for cirklen det bevæger sig i. Tænk over, hvad der ville ske, hvis du svingede en kugle forbundet til en streng i en cirkel, men strengen knækkede. Bolden ville flyve i en lige linje fra sin position på cirklen på det tidspunkt, som strengen knækkede, og dette giver dig en idé om, hvad v
betyder i ovennævnte ligning.

Fordi Newton's anden lov angiver, at kraft \u003d masse × acceleration, og vi har en ligning for acceleration ovenfor, centripetalkraften skal være:

F

\u003d mv
^{2 / r}

I denne ligning henviser m
til masse.

Så for at finde centripetalkraften, du har brug for at kende objektets masse, radius for den cirkel, det kører i, og dens tangentiale hastighed. Brug ligningen ovenfor til at finde kraften baseret på disse faktorer. Kvadratér hastigheden, multiplicer den med massen og del derefter resultatet med cirkelens radius.

Tips