В чём разница между центробежной и центростремительной силы?
Центробежная сила возникает вследствие криволинейного движения тела. При криволинейном движении скорость тела постоянно изменяется по направлению, поэтому, даже если абсолютная величина скорости постоянна, производная от скорости по времени (ускорение) не равна нулю. В соответствии со вторым законом Ньютона (сила есть произведение массы на ускорение) и возникает центробежная сила.
Центростремительная сила — это внешняя сила, которая уравновешивает центробежную силу и удерживает тело на определенной криволинейной траектории. Например, если вы вертите по кругу привязанный за верёвочку мяч, то центростремительная сила — это сила натяжения верёвочки. Для искусственного спутника Земли центростремительная сила — это сила гравитации.
Центростремительная и центробежная сила
Портал Проза.ру предоставляет авторам возможность свободной публикации своих литературных произведений в сети Интернет на основании пользовательского договора. Все авторские права на произведения принадлежат авторам и охраняются законом. Перепечатка произведений возможна только с согласия его автора, к которому вы можете обратиться на его авторской странице. Ответственность за тексты произведений авторы несут самостоятельно на основании правил публикации и законодательства Российской Федерации. Данные пользователей обрабатываются на основании Политики обработки персональных данных. Вы также можете посмотреть более подробную информацию о портале и связаться с администрацией.
Ежедневная аудитория портала Проза.ру – порядка 100 тысяч посетителей, которые в общей сумме просматривают более полумиллиона страниц по данным счетчика посещаемости, который расположен справа от этого текста. В каждой графе указано по две цифры: количество просмотров и количество посетителей.
© Все права принадлежат авторам, 2000-2023. Портал работает под эгидой Российского союза писателей. 18+
Центробежная и центростремительная сила в чем разница
В чём разница между центробежной и центростремительной силы?
Центробежная сила возникает вследствие криволинейного движения тела. При криволинейном движении скорость тела постоянно изменяется по направлению, поэтому, даже если абсолютная величина скорости постоянна, производная от скорости по времени (ускорение) не равна нулю. В соответствии со вторым законом Ньютона (сила есть произведение массы на ускорение) и возникает центробежная сила.
Центростремительная сила — это внешняя сила, которая уравновешивает центробежную силу и удерживает тело на определенной криволинейной траектории. Например, если вы вертите по кругу привязанный за верёвочку мяч, то центростремительная сила — это сила натяжения верёвочки. Для искусственного спутника Земли центростремительная сила — это сила гравитации.
В чем разница между центробежной и центростремительной силой
Различие между центробежной и центростремительной силой
На любой объект, который вращается по круговой траектории, действует сила. Она направлена к центральной точке окружности, описываемой траектории. Такая сила называется центростремительной.
Центробежная сила часто упоминается как сила инерции или фиктивная сила. Она в основном используется для ссылки на силы, которые связаны с движением в неинерциальной системе отсчета.
Согласно третьему закону Ньютона, каждое действие имеет противоположное ему по направлению и равное по силе противодействие. И в этой концепции, центробежная сила является реакцией на действие центростремительной силы.
Обе силы являются инерциальными, так как возникают только при движении объекта. Также они всегда появляются парами и уравновешивают друг друга. Поэтому на практике ими часто можно пренебречь.
Примеры центробежной и центростремительной силы
Если взять камень и привязать к нему веревку, а затем начать вращать веревку над головой, то возникнет центростремительная сила. Она будет действовать через веревку на камень и не позволять ему удаляться на расстояние больше длины самой веревки, как это произошло бы при обычном броске. Центробежная сила будет действовать противоположным образом. Она будет количественно равна и противоположна по направлению центростремительной силе. Такая сила тем больше, чем массивнее тело, движущееся по замкнутой траектории.
Общеизвестно, что Луна вращается вокруг Земли по круговой орбите. Сила притяжения, которая существует между Землей и Луной есть результат действия центростремительной силы. Центробежная сила, в этом случае, является виртуальной и на самом деле не существует. Это вытекает из третьего закона Ньютона. Однако, несмотря на абстрактность, центробежная сила выполняет очень важную роль во взаимодействии двух небесных тел. Благодаря ей Земля и ее спутник не отдаляются и не сближаются друг с другом, а движутся по стационарным орбитам. Без центробежной силы они давно столкнулись бы.
Заключение
1. В то время как центростремительная сила направлена к центру окружности, центробежная противоположна ей.
2. Центробежную силу часто называют инерциальной или фиктивной.
3. Центробежная сила всегда равна по количественному значению и противоположна по направлению центростремительной силе.
5. Слово «центростремительная» было получено от латинских слов. «Centrum» означает центр, а «petere» значит «искать». Понятие «центробежная» получено от латинских слов «centrum» и «fugere», что означает «бежать».
Центростремительная и центробежная силы
В буквальном смысле эти силы выглядят как определённым способом ориентированные по отношению к центру — некой точке, равноудалённой от всех точек траектории движущегося тела. В двумерном пространстве (на плоскости) такой траекторией является окружность, а в трехмерном — тоже окружность, образованная пересечением сферической поверхности плоскостью, в общем случае не проходящей через её центр.
Все остальные траектории любого вида центром в этом смысле не обладают, и потому применительно к движущемуся по не круговым траекториям телу использование представления о центростремительной и центробежной силах не оправдано и ведёт к многочисленным недомолвкам и недоразумениям.
Центростремительная сила — сила, действующая со стороны неких связей, ограничивающих свободу движения тела, и вызывающая его поворот вокруг центра поворота. Природа связей может быть любой, если они обладают свойством увеличивать потенциальную энергию системы тело-связь при удлинении последней.
Реально существующей является лишь сила реакции связи. Центростремительная, равно как и центробежная сила, как самостоятельная сила, не существует и представляет собой лишь результат формального разложения реальной силы на две составляющие.
В случае установившегося движения тела (вращения) центростремительная сила совпадает с силой, представляющей собой реакцию связи , она направлена перпендикулярно к вектору его скорости, работы не совершает, кинетическая энергия движения тела не изменяется и такое движение может продолжаться неограниченно долго.
В случае неустановившегося движения по кривой (например при раскрутке пращи), траектория движения тела представляет собой спираль и центростремительная сила, по определению нормальная по касательной к траектории, направлена в сторону мгновенного центра вращения и представляет собой результат формального разложения реальной силы реакции связи на две. При этом работу совершает тангенциальная составляющая силы реакции связи, ведущая к изменению кинетической энергии тела (при разгоне) или уменьшению её (при торможении). Это периодически имеет место в Мировом пространстве при движении небесных дел по кеплеровским эллиптическим орбитам вокруг общего центра тяготения
Центробе́жная си́ла — сила, действующая со стороны испытывающего поворот тела на вызывающие этот поворот связи, равная по модулю центростремительной силе и всегда направленная в противоположную ей сторону (Третий закон Ньютона). Применяемый не к связям, а, наоборот, к поворачиваемому телу, как объекту своего воздействия, термин Центробежная сила (букв. Сила, приложенная к поворачивающемуся или вращающемуся материальному телу, заставляющего его бежать от мгновенного центра поворота), есть эвфемизм, основанный на ложном толковании первого закона (принципа Ньютона) [1] в форме :
Всякое тело сопротивляется изменению своего состояния покоя или равномерного прямолинейного движения под действием внешней силы
Всякое тело стремится сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока не подействует внешняя сила.
Отголоском этой традиции и является представление о некоей силе, как о материальном факторе, реализующем это сопротивление или стремление. О существовании такой силы уместно было бы говорить, если бы, например, вопреки действующим силам, движущееся тело сохраняло бы свою скорость, но это не так. [3]
Первый закон Ньютона, нередко называемый принципом и потому допускающим различия в словесной формы его выражения, сводится к утверждению, что природа вещей такова, что скорость движения материальной точки, как по величине, так и по направлению в некоторой системе отсчёта (сам Нютон связывал её с эфиром, заполняющим всё пространство) [4] , остаётся постоянной, но начинает изменяться тотчас, как возникает на то причина, называемая силой.
Рассматриваемое тело с массой (точнее — инертной массой) m приобретает отличающееся от нуля ускорение a в тот же момент t = 0 , когда начинает действовать на него сила F . (Второй закон Ньютона :) Однако для достижения отличающейся от нуля скорости v требуется некоторое время t в соответствие с определением импульса силы : t = mv / F .Или, иначе, скорость тела не изменяется сама по себе, без причины, но она начинает изменяться тотчас, как на него начинает действовать сила. [5]
Использование термина Центробежная сила правомочно тогда, когда точкой её приложения является не испытывающее поворот тело, а ограничивающее его движение связи. В этом смысле Центробежная сила представляет собой один из членов в формулировке Третьего закона Ньютона, антагониста Центростремительной силе, вызывающей поворот рассматриваемого тела и к нему приложенной. Обе эти силы равны по величине и противоположны по направлению, но приложены к разным телам и потому не компенсируют друг друга, а вызывают реально ощутимый эффект — изменение направление движения тела (материальной точки).
Оставаясь в инерциальной системе отсчёта, рассмотрим два небесных тела, например, компонента двойной звезды с массами одного порядка величины M1 и M2 , находящихся на расстоянии R друг от друга. В принятой модели эти звёзды рассматриваются как материальные точки и R есть расстояние между их центрами масс. В роли связи между этими телами выступает сила Всемирного тяготения FG:GM1M2 / R 2 , где G — гравитационная постоянная. Это — единственная здесь действующая сила, она вызывает ускоренное движение тел навстречу друг другу.
Однако, в том случае, если каждое из этих тел совершает вращение вокруг общего центра масс с линейными скоростями v1 = ω1 R1 и v2 = ω2 R2 , то подобная динамическая система будет неограниченное время сохранять свою конфигурацию, если угловые скорости вращения этих тел будут равны: ω1 = ω2 = ω , а расстояния от центра вращения (центра масс) будут соотноситься, как: M1 / M2 = R2 / R1 , причём R2 + R1 = R , что непоcредственно следует из равенства действующих сил: F1 = M1a1 и F2 = M2a2 , где ускорения равняются соответственно: a1 = ω 2 R1 и a2 = ω 2 R2 [6]
Центростремительные силы, вызывающие движение тел по круговым траекториям равны (по модулю): F1 = F2 = FG . При этом первая из них является центростремительной, а вторая — центробежной и наоборот: каждая из сил в соответствие с Третьим законом является и той, и другой.
Поэтому, строго говоря, использование каждого из обсуждаемых терминов излишне, поскольку они не обозначают никаких новых сил, являясь синонимами единственной силы — силы Всемирного тяготения. То же самое справедливо и отношении действия любой из упомянутых выше связей.
Однако, по мере изменения соотношения между рассматриваемыми массами, то есть всё более значительного расхождения в движении обладающих этими массами тел, разница в результатах действия каждой из рассматриваемых тел для наблюдателя становится всё более значительной.
В ряде случаев наблюдатель отождествляет себя с одним из принимающих участие тел и потому оно становится для него неподвижным. В этом случае при столь большом нарушении симметрии в отношении к наблюдаемой картине, одна из этих сил оказывается неинтересной, поскольку практически не вызывает движения.
Переписывая Второй закон в виде F − ma = 0 и заменяя второй член слева на некую силу Fi = − ma , получаем новую запись Второго закона: F + Fi = 0 .Здесь обе силы действуют на одно и то же тело, причём их сумма равна нулю, из чего следует, что данное тело в системе отсчёта, связанной с этим телом, покоится, хотя сама система вместе с ним движется ускоренно. Эта сила Fi , ничем не отличается по своему происхождению от силы F (о чём говорит знак равенства в канонической записи закона). Существует предложение называть её Ньютоновской силой инерции. Никакого отношения к центробежной силе эта сила не имеет. [5]
Чем отличается центрстремительная сила от центробежной?
Когда тело движется по окружности, то его скорость постоянно меняет своё направление, а значит тело движется с ускорением. Это ускорение направлено к центру вращения и называется «центростремительным ускорением» , a=v²/R. В то же время, в силу закона инерции, тело стремится сохранить свою прежнюю скорость, вследствие этого на него действует сила инерционной природы, которая направлена противоположно ускорению (примерно так же при торможении автобуса пассажиров толкает вперёд) . Эта сила называется центробежной силой, F=mv²/R.
Термин «центростремительная сила» в физической терминологии не используется. Если же как-то назвать силу, которая удерживает вращающее тело на окружности, то я бы лично назвала эту силу не центростремительной, а «центротащительной» . Понятно, что центротащительная сила численно равна центробежной, но противоположна по направлению.