Mitkä Ovat Keskipakoisia Ja Keskipakoisia Voimia?

{h1}

Nämä kaksi läheisesti liittyvää voimaa kuvaavat pyöreää liikettä, mutta merkitykset usein sekoittuvat.

Keskipakovoima on jokapäiväistä elämää. Me kokeilemme sitä, kun kiertäkäämme nurkkaan autoon tai kun lentokoneen pankkeja kääntyy. Näemme sen pesukoneen pyörityssyklissä tai kun lapset ajelevat iloisin. Eräänä päivänä se voi jopa antaa keinotekoisen painovoiman avaruusaluksille ja avaruusasemille.

Jotkut ihmiset sekoittavat keskipakoisvoimaa vastakappaleineen, keskipitkällä voimalla, koska ne ovat niin läheisiä. Voisi sanoa, että ne ovat saman kolikon kaksi puolta. Centripetaalinen voima on määritelty seuraavasti: "Voimakomponentti, joka vaikuttaa rungossa kaarevaan liikkeeseen, joka on suunnattu kaarevuussäteen tai pyörimisakselin keskelle", kun taas keskipakovoima määritellään seuraavasti: "Ilmeinen voima, joka on yhtä suuri ja päinvastoin kuin sentraalinen voima, vetämällä pyörivä runko pois kiertokeskipisteestä, joka aiheutuu kehon inertiasta ", American Heritage Dictionaryin mukaan.

Huomaa, että vaikka sentripetallinen voima on todellinen voima, keskipakovoima on määritelty näennäinen pakottaa. Toisin sanoen, kun kiertäen massaa merkkijonoon, merkkijono kohdistaa sisäänpäin keskittyvän voiman massaan, kun taas massa näyttää käyttämään merkkijonoa ulospäin.

"Centripetalin ja keskipakoisvoiman ero liittyy erilaisiin" viitekehyksiin ", toisin sanoen eri näkökulmista, joista mitat jotain", Washingtonin yliopiston tutkijafysiikan Andrew A. Gansen mukaan. Jos havaitset pyörivää järjestelmää ulkopuolelta, näet sisäisen voimakkuuden, joka rajoittaa pyörivää kehoa pyöreään reittiin. Kuitenkin, jos olet osa pyörivää järjestelmää, näet selvästi keskipakoisvoiman, joka työntää sinut pois ympyrän keskeltä, vaikka mitä itse asiassa tunnet on sisäinen keskipitkinen voima, joka pitää sinut kirjaimellisesti menemästä tangenttiin.

Tämä ilmeinen ulospäin suuntautuva voima on kuvattu Newtonin laeilla. Newtonin ensimmäinen laki toteaa, että "levossa oleva elin pysyy levossa ja liikkuva elimistö pysyy liikkeessä, ellei sitä ole ulkoisen voiman toimesta." Jos massiivinen runko liikkuu suoran viivan läpi, sen inertia saa sen jatkamaan suorassa linjassa, ellei ulkopuolinen voima aiheuta sitä nopeuttamaan, hidastamaan tai vaihtamaan suuntaa. Jotta se seuraisi pyöreää reittiä muuttamatta nopeutta, jatkuvaa keskipitkistä voimaa on jatkuvasti kohdistettava oikeaan kulmaan sen polulle. Säde R tämä ympyrä on yhtä suuri kuin massa m kertaa nopeuden neliö v jaettuna sentripetallisella voimalla F, tai R = mv2/F. Voima voidaan laskea yksinkertaisesti uudelleenjärjestämällä yhtälö, F= mv2/R.

Centripetaalinen voima on kohteen sisäänpäin suuntautuva vetovoima. Keskipakovoima on päinvastainen; näyttää vetävän esineitä pois keskustasta tai pyörimisakselia.

Centripetaalinen voima on kohteen sisäänpäin suuntautuva vetovoima. Keskipakovoima on päinvastainen; näyttää vetävän esineitä pois keskustasta tai pyörimisakselia.

Luottamus: Fouad A. Saad Shutterstock

On olemassa monia sovelluksia, jotka hyödyntävät sentrifuginvoimaa. Yksi on simuloi astronautikoulutuksen avaruustyön kiihdyttämistä. Kun raketti lanseerataan ensimmäisen kerran, se on niin kuormitettu polttoaineella ja hapettimella, että se voi tuskin liikkua. Kuitenkin, kun se nousee, se polttaa polttoainetta valtavasti, menettää jatkuvasti massaa. Newtonin toisessa laissa todetaan, että voima on yhtä suuri kuin joukkouutiset kiihtyvyys, tai F = ma.

Useimmissa tilanteissa massa pysyy vakiona. Rakettimen avulla sen massa muutokset kuitenkin voimakkaasti, kun taas voima, tässä tapauksessa rakettimoottorit, pysyy lähes vakiona. Tämä saa aikaan kiihdytyksen nostamisvaiheen loppupuolella nousevan useaan kertaan normaalin painovoiman. NASA käyttää suuria sentrifugeja astronauttien testaamiseen ja valmistautuu tähän äärimmäiseen kiihtyvyyteen. Tässä sovelluksessa keskiövoimaiset voimat aikaansaavat istuimen selkänojan työntämällä astronautti sisäänpäin.

Toinen sovellus keskipitkistä voimaa varten on laboratoriosentrifugi, jota käytetään nopeuttamaan nestemäisissä suspensioissa olevien hiukkasten saostumista. Tämän tekniikan yleinen käyttö on verinäytteiden fraktiointi. Rice Universityin Experimental Biosciences -verkkosivuston mukaan "veren ainutlaatuinen rakenne tekee siitä helppoa erottaa punasolut plasmasta ja muista muodostuneista elementeistä differentiaalisella sentrifugoinnilla". Tavallisen painovoiman ansiosta lämpöliike aiheuttaa jatkuvaa sekoittumista, mikä estää verisolujen pääsyn koko verinäytteestä. Tyypillinen sentrifugi voi kuitenkin saavuttaa kiihtyvyydet, jotka ovat 600 - 2 000 kertaa normaalin painovoiman. Tämä pakottaa raskas punasolujen laskeutumaan pohjaan ja kertoo muut erilaiset komponentit kerroksiksi niiden tiheyden mukaan.

Nopeita kaasusentrifugeita voidaan käyttää myös kevyemmän ja harvinaisemman uraani-235-isotoopin erottamiseen raskaammasta ja paljon tavallisemmasta uraani-238: sta. Uraanioksidijauhe nimeltä keltainen kakku (U3O8) ensin muunnetaan uraaniheksafluoridikaasuksi (UF6) ja putkistetaan pyörivään sylinteriin. Painavampi U-238 pakotetaan ulkopuolelle, kun taas kevyempi U-235 liikkuu sisäpuolelle, jossa sylinteriä käytetään ja kaasu johdetaan ryhmään seuraavaan sentrifugiin rikastamista varten. Se vaatii useita vaiheita rikastuttamaan kaasua vain 3-5 prosenttiin U-235: n, jota vaaditaan ydinvoimalaitosten polttoaineeksi, ja tarvitaan monia muita vaiheita, joilla tuotetaan erittäin rikastettua aseenkestävää uraania, joka on yli 90 prosenttia puhdasta U-235: tä.

Georgia State Universityn verkkosivuston HyperPhysicsin mukaan tämä ilmeinen keskipakoisvoima riippuu pyöritettävän kohteen massasta, sen neliön kulmaverkon nopeudesta eli sen pyörimisnopeudesta jaettuna sen etäisyydellä pyörimisnopeudesta. Tätä ilmaistaan ​​seuraavasti F = mv2/r. Tämä herättää mielenkiintoisen ilmiön. Kun nesteellä täytettyä säiliötä kierretään vakionopeudella, neste siirtyy kohti säiliön ulkopuolta painovoimaa vastaan, joka vetää alas nestettä, joka yrittää tasoittaa sen. Kulma-nopeus kasvaa lineaarisesti, mitä kauemmas pääset keskeltä. Kuitenkin, koska tehokas ulospäin suuntautuva voima riippuu neliö- kulmanopeudesta, nesteen korkeus on verrannollinen keskietäisyyden neliöön. Tästä syystä pinta on paraboloidin muoto, joka sattuu olemaan ihanteellinen muoto teleskooppeille. Peilin polttoväli määräytyy pyörimisnopeuden mukaan ja se voidaan laskea kuten f = g/ω2, missä f on polttoväli, g on painovoiman kiihtyvyys ja ω on radiaani sekunnissa pyörimisnopeus (2π radiaanit on yhtä täydellistä ympyrää).

Tämä on periaate nestemäisen peilikentän (LMT) takana. LMT: t käyttävät heijastavaa nestemetallista metallia (tavallisesti elohopeaa), joka pyörii parabolisen heijastavan pinnan muodostamiseksi. Painon ja kustannusten säästämiseksi elohopeaa sisältävä kulho on lähellä haluttua parabolista muotoa, joten tarvitaan vain ohut kerros nestemäisestä metallista. Tämän järjestelmän etuna on, että vältetään kiinteän peilin valu, hionta, kiillotus ja pinnoitus. Haittapuolena on, että suuret LMT: t voivat vain katsoa suoraan ylös ja skannata taivaan maan päällä. Sitä vastoin pienemmät LMT: t, joiden peilihalkaisija on muutaman tuumaa, voivat käyttää litteitä peilejä optisessa polussa katsomaan mihin tahansa suuntaan.

Gansen mukaan "sentraalinen voima ja keskipakoisvoima ovat todellakin täsmälleen sama voima, vastakkaisiin suuntiin, koska ne ovat kokeneita eri viitekehyksistä." Tämä tuo meidät Newtonin kolmanteen lakiin, jossa todetaan, että "jokaiselle toiminnalle on vastaava ja vastakkainen reaktio". Aivan kuten painovoima saa sinut kohdistamaan voiman maahan, maa näyttää vaikuttavan tasaisesti ja vastakkaisesti jaloillasi. Kun olet kiihtyvään autoon, istuin kohdistaa eteenpäin voiman sinuun, aivan kuten näyttää vaikuttavan taaksepäin voimalla istuimelle. Pyörivässä järjestelmässä keskiövoimaiset voimat vetävät massan sisäänpäin seuraamaan kaarevaa polkua, kun taas massa näyttää työntävän ulospäin inertiaan nähden. Kussakin näistä tapauksista on kuitenkin vain yksi todellinen voima, kun taas toinen on vain näennäinen voima.

Lisäresurssit

  • HyperPhysics: Centripetal Force
  • Fysiikan luokkahuone: pyöreä, satelliitti- ja kiertoliike


Video Täydentää: .




Tutkimus


Quantum Computer Voisi Simuloida Maailmankaikkeuden Alkua
Quantum Computer Voisi Simuloida Maailmankaikkeuden Alkua

Osoita Ja Klikkaa Rakennuksia: Maailma Muuttuu Verkoksi
Osoita Ja Klikkaa Rakennuksia: Maailma Muuttuu Verkoksi

Tiede Uutiset


Entä Jos Hyönteiset Katoavat Planeetalta?
Entä Jos Hyönteiset Katoavat Planeetalta?

Satelliittikavereita Kolme Myrskyä, Jotka Pyörivät Atlantilla
Satelliittikavereita Kolme Myrskyä, Jotka Pyörivät Atlantilla

Muista, Että Dark-Matter-Free Galaxy? Se Voi Olla Pimeä Asia Loppujen Lopuksi
Muista, Että Dark-Matter-Free Galaxy? Se Voi Olla Pimeä Asia Loppujen Lopuksi

Suuret Kirurgiset Virheet Ovat Edelleen Yhdysvalloissa
Suuret Kirurgiset Virheet Ovat Edelleen Yhdysvalloissa

Mitä Jos Kaikki Maapallolla Hyppäsi Kerralla?
Mitä Jos Kaikki Maapallolla Hyppäsi Kerralla?


FI.WordsSideKick.com
Kaikki Oikeudet Pidätetään!
Jäljentämistä Materiaalien Sallittu Vain Prostanovkoy Aktiivinen Linkki Sivustoon FI.WordsSideKick.com

© 2005–2019 FI.WordsSideKick.com