У сьомому класі на уроках фізики школярі проходять механіку - розділ про те, як рухаються і взаємодіють тіла між собою. Механіка вивчає блоки, важелі, сили. В тому числі, відцентрову і доцентрову.
За словами викладачів московських шкіл, кожен четвертий школяр відрізняє одну силу від іншої. Учні плутаються через спільного кореня - центр. Прийшов час розібратися, що це таке, в чому різниця між ними і чим схожі.
Що таке відцентрова сила
Спочатку приклади:
- Коли пральна машинка віджимає мокру білизну, барабан швидко крутиться. Так вода виходить з тканини.
- Метання молота на олімпійських іграх. Перед кидком спортсмен паморочиться навколо своєї осі, а потім відпускає молот.
- У китайських цирках популярний номер з мотоциклістами в металевому кулі. Каскадерів запускають всередину конструкції, де вони розганяються і їздять по всій поверхні кулі. Навіть по верху.
- На крутому повороті пасажирів всередині автомобіля заносить в сторону.
Відцентрова сила (Fцб) - це сила, яка діє на криволинейно рухається тіло з кутовий швидкістю. Щоб її знайти, використовують дві формули: F = ma або F = mv2/ r, де m - маса, a - прискорення, v - швидкість r - радіус.
Fцб виникає при інерції, коли тіло переміщається криволинейно. Вона залежить від двох речей: центру обертання; радіусу до предмета. Наприклад, метання молота: спортсмен починає кружляти навколо своєї осі разом зі снарядом. Металевий дріт натягується кулею, який важить як шкільний портфель. Коли атлет відпускає ручку, молот летить по прямій.
Молот натягує дріт, коли паморочиться в повітрі. На нього діє інерція, яка "виривають" його з траєкторії руху. Разом з ними куля утримують атлет і натягнута дріт. Тому, снаряд не полетять, поки спортсмен не відпустить ручку.
Тепер назад до формули: радіус - довжина дроту; маса - вага кулі; швидкість - це наскільки швидко атлет паморочиться; центр обертання - сам спортсмен.
Що таке доцентрова сила
приклади:
- Земля літає навколо Сонця по орбіті.
- Йо-йо паморочиться навколо руки.
- Колесо огляду робить повний оборот.
Доцентрова сила (Fцс) - це сила, яка діє на криволинейно рухається тіло. Щоб її знайти, використовують формулу: F = mv2/ r .
Fцс виникає, коли тіло рухається по колу і його щось утримує на траєкторії. Повернемося до прикладу з метанням молота: куля крутиться в повітрі, але не відлітає від атлета далі довжини дроту. Начебто, щось притягує предмет. Його утримує Fцс.
Fцс - це узагальнення інших впливів на предмет дії. Наприклад, атлет утримує молот або Сонце притягує до себе Землю і вона не відлітає з орбіти.
У першому випадку куля утримують сам спортсмен і натяг дроту. У другому - Землю не відпускає тяжіння Сонця. Ці випадки не мають нічого спільного, але називають їх однаково.
Fцс залежить від: радіусу між предметом; центром обертання. Чим більше відстань між центром обертання і предметом, тим менше на нього діють. Наприклад, якщо на метрову мотузку прив'язати камінь, обертати його, то він стане тягнути з силою F. Якщо поміняти мотузку на 2-метрову, то вже буде F / 2.
Що спільного між ними
Прийшов час порівняти відцентрову і доцентрові сили. У них є відмінності і подібності. Ось загальні риси:
Рівні за значенням
Земля крутиться навколо Сонця по еліптичній орбіті. Коли планета пролітає на відстані 147 мільйонів кілометрів, її швидкість дорівнює 30,2 км / с. Ця ділянка називається перигелій. тут Fцб найбільше, тому що швидкість вище середньої, а проміжок між планетою з центром обертання короткий.
На відстані в 152 мільйони кілометрів до Сонця швидкість падає до 29,2 км / с. Ця зона називається афелием. тут Fцб найнижча, тому що дистанція до зірки більше, а швидкість нижча за середню.
Між перигелієм і афелием планета летить із середньою швидкістю 29,8 км / с.
виникають одночасно
Вони з'являються, коли предмет рухається криволинейно. Ось приклади для наочності:
В лопаті конструкції з електромотором повісили два вантажу. Мотор закрутив їх, з'явилася інерція. Вони почали кружляти на лопатях, але не полетіли. Їх втримала Fцс.
Автомобіль розігнався до 120 км / год і пішов у віраж. Машину занесло, вона поміняла напрямок руху за рахунок Fцб. Але автомобіль не вилетів з дороги і залишився на смузі. Так вийшло, тому що Fцс втримала машину.
У всіх прикладах вони стали діяти одночасно.
Чим вони різняться
Вони виникають, коли тіло рухається криволинейно. Їх значення рівні. Але вони - не одне й те саме. Пора розібратися, в чому різниця.
Різні по напрямку
Перша відмінність - напрямок. Те, що вони один одному рівні і одночасно з'являються не означає, що їх вектори дивляться в одну сторону.
Земля обертається навколо Сонця по своїй орбіті. Вона намагається відірватися від зірки, щоб полетіти в Галактику. Але її щось утримує.
Fцб направлена від центру обертання. Вона тягне планету якнайдалі від зірки. Але чому в перигелії вона найбільша? Тому що, чим ближче планета до центру, тим більше на неї діють. Якщо підставити в формулу F = mv2/ R швидкість і радіус перигелію, а потім Офелія, то вийде що Fцб більше на короткій ділянці.
Fцс - це протилежність відцентрової. Вона спрямована до центру і не дає тілу зійти з траєкторії.
для Fцб і Fцс працює Третій закон Ньютона: F1= -F2. Тіла діють один на одного однаково по модулю, але протилежно по напрямку. Тому, Земля досі крутиться навколо Сонця.
джерела виникнення
Крім протилежних векторів напрямки у них є ще одна відмінність - причину появи.
Інерція з'являється, коли предмет переміщається криволинейно. Тобто, автомобіль намагається рухатися прямолінійно, коли входить в поворот на швидкості 120 км / год.
Fцс з'являється через різних джерел: тяга двигуна не дає злетіти машині з дороги; міць спортсмена і натягу дроту тримають молот; Сонце притягує Землю. Всі ці приклади - різні фізичні явища, але називають їх однаково.
