Vylepšený: 21.05.15

Zdôvodnenie na tému "ODSTREDIACA SILA"

Anotácia.Ponúkam sa moje osobné výklady bežného pojmu „Odstredivá sila“.

Ak sa pozriete na internet s hľadaným výrazom „odstredivá sila“, potom Web ponúkne množstvo veľmi odlišných odkazov, z ktorých každý je venovaný nejakému konkrétnemu prejavu Prírody, ktorý spadá pod pojem „odstredivá sila“. Existuje veľa odkazov. Ale mnohí z nich podľa mňa jednoducho pletú problematiku, snažiac sa pseudovedeckým spôsobom popísať podstatu javu. Preto, aby ste získali užitočný stlačenie, musíte revidovať množstvo vysvetlení. Vrátane tých zjavne absurdných.

V publikáciách niektorých autorov (vrátane vysoko rešpektovaných autorov) v dôsledku existujúcej neistoty v chápaní pojmu „odstredivá silaExistujú, mierne povedané, nie celkom logické frázy.

Napríklad, " Odstredivá sila zotrvačnosť ". Vyššie uvedený výraz je v podstate taký nezmyselný ako fráza:bezcitná nežnosť».

Verím, že AKÁKOĽVEK sila -Toto proces , počas ktorej sa prenáša energia zo „Zdroja“ do „Prijímača“ (môj článok „Zotrvačnosť“).

Sila sa rodí z energie, nevyhnutne vyžarovanej niečím (alebo Niekým).

A čo (alebo kto?) potom vyžaruje energiu, ktorá sa označuje výrazom „Odstredivá sila»?

Obrázok 1 ukazuje tradičnú schému, o ktorej sa hovorí „odstredivá sila».

Ryža. 1

okolo nejakého bodu O 1 vo vzdialenosti odletuR teleso pevne spojené s touto vzdialenosťou (nejakým spôsobom) sa otáča T .

Verí sa (tradične), že všetko ostatné je jasné: vektor CBS znamená odstredivú silu; vektor CSS - Centripetal Force. Dráha telesa je kruh (červený). Zároveň sa verí, že iné vysvetlenia, ako sa zdá, nie sú potrebné.

Z niektorých referencií môžete zistiť, že výskyt CLS je dôsledkom prejavu „Zákon zotrvačnosti". A z tohto dôvodu sa ukazuje, "odstredivá sila"(CBS) sa dá bezpečne zavolať"odstredivá silazotrvačnosť » !

Už som to popísal vo svojich článkochomyl podobné výroky. Nemyslím si, že sa tu k tomu môžeme vrátiť.

Niektoré zdroje uvádzajú, že CBS ako nezávislá sila vôbec neexistuje. Že výraz „Odstredivá sila“ označuje jav, keď teleso pohybujúce sa po zakrivenej dráhe tlačí na obmedzovač, ktorý mu (telesu) neumožňuje pohybovať sa v priamom smere.

Na obrázku 1 môže byť takýmto obmedzovačom napríklad závit (tyč, kábel, lano, tyč, gravipól, magnipól). Môže slúžiť napríklad ako vedenie, povedzme vo forme koľajnice alebo drážky (červený oblúk). Potom možno uvažovať ako tlak vyvíjaný na obmedzovač rotujúcim telesom, tak aj napínaciu silu závitu (ťah, lano, lano, tyč).Odstredivý Silou».

Z uvedenej definícieodstredivá sila„Musíme dospieť k záveru, že pri absencii „Prijímača“ sily (v našom prípade ide o obmedzovač) nie je možná existencia samotného CBS. ! Keďže rotujúce teleso nemá na čo vyvíjať tlak. Preto môže sám voľne letieť a odletieť od osi otáčania (napríklad telo je namontované na dlhom otočnom lúči alebo umiestnené v dlhom otočnom žľabe).

Takú špicu alebo takú drážku nie je ťažké si predstaviť. Je možné vytvoriť podmienky, kedy sa telo bude pohybovať pozdĺž špice (pozdĺž drážky), prakticky bez trenia.

Absolútne nikto nebude pochybovať o tom, že pri takejto rotácii sa teleso spoľahlivo vzdiali od osi rotácie.

Ale kvôli nedostatku obmedzovača,musieť byť neprítomný a samotná CBS !

Čo potom spôsobuje odstránenie záťaže?

Otázkou však zostáva: „Odkiaľ sa vlastne CLS berie v situáciách, v ktorých k nemu dochádza (t. j. existuje obmedzovač)? A čo spôsobuje, že sa telo voľne namontované na lúči vzďaľuje od osi otáčania, ak neexistuje CLS (t. j. chýba obmedzovač)?

Vo všeobecnosti nedobrovoľne vznikajú pochybnosti o oprávnenosti uznania „tlaku na obmedzovač“ ako analógu CBS. Okrem toho sa „prijímač“ energie v tejto interpretácii bude musieť nazývať obmedzovačom. Čo je však „Zdroj“ energie, je stále nejasné.

Veľmi zaujímavé!

Ak však „rotujúce teleso“ pri kontakte s obmedzovačom neprekoná žiadne trenie (napríklad teleso s ťahom je jeden celok a trenie v osi otáčania je zanedbateľné), potom tlak telesa na obmedzovač sa vykonáva bez straty energie získanej na jeho otáčanie.

Ukazuje sa, že na obmedzovač sa vytvára tlak a energia sa naň nevynakladá !

Ak sa vytvorí tlak, môže sa premeniť na prácu ! A na túto prácu opäť nebude vynaložená energia, ktorú telo získalo na jeho otáčanie. !

To všetko je však určite zaujímavé. Ale otázka zostáva nezodpovedaná: "Čo to je"Odstredivý sila"A odkiaľ to pochádza?"

Obrázok 2 znázorňuje diagram pohybu tela T , otáčanie okolo bodu O 1 (toho istého tela, ktoré je prítomné na obrázku 1).

Ryža. 2

Pre dané hodnotyω A Rtangenciálna rýchlosť telesa T nadobudne hodnotu označenú vektoromV. A ak v bode T odpor "obmedzovača" sa zlomí (rozbije sa hrubý červený oblúk), potom telo pokračuje v pohybe nie v oblúku, ale v priamke v smere vektoraV.

Po dobu, ktorú telo potrebuje prejsť cez uhlový sektorα , v rýchlosti Vtelo prejde vzdialenosťL(ak nič nestojí v ceste).

Pozorovateľ, ktorý je prepojený O 1 Ta spolu s ním sa otáčajú okolo osi O 1 , zdalo by sa, že telo sa posunulo na diaľkuS.

Je možné, že po takejto udalosti by Pozorovateľ mohol dobre veriť v Zlú silu. Koniec koncov, videl, že to NIE JE aplikované na telo žiadny sila. A telo sa však pohlo !

V tomto konkrétnom prípade sa Pozorovateľ ukázal ako kompetentný fyzik. Pochopil, že na to, aby k nemu posunul telo nevyhnutné priložiť niektoré silu . A ak v skutočnosti takáto sila neexistuje, potom je nevyhnutnánavrhnúť neexistujúce fyzické sila namiesto akejsi „zlej sily“.

Možno je to "tu je pes zakopaný"?

Na tele voľne namontovanom na lúči, ktorý sa otáča okolo osi kolmej naň, NIE AKTÍVNY NIE SILA smerujúca k odstráneniu telesa z osi otáčania (?).

Obrázok 3 zobrazuje približnú analógiu diskutovanej situácie.

Ryža. 3

Nejaké telo ( zelená farba) sa môže pohybovať len po lineárnej dráhe (červená). Pohyb sa vykonáva pomocou rotujúceho zákulisia.

Po natočení scén pod určitým uhlom zaujala pozíciu označenú modrou farbou. V tomto prípade sa vzdialenosť telesa od osi otáčania zväčšila o hodnotu S.

Je nepravdepodobné, že by niekto z čitateľov povedal, že sa tu telo vzďaľuje od osi rotácie zákulisia v dôsledku nárazu naň.odstredivá sila».

Ale keďže sa rotujúce teleso napriek tomu vzďaľuje od osi rotácie, namiesto dlhých vysvetľovaní dôvodov takéhoto odstránenia je jednoduchšie (aspoň predbežne) zaviesťpodmienené sila, ktorá sa zhoduje s jej vektorom s líniou spojenia ťažiska telesa s osou rotácie, a dajte jej (skromný) názov “Petrovej sila » !

Smer" Petrova Forces» VŽDY - z (okamžitej) osi otáčania tela.

POZNÁMKA

Na obrázku 3 môžete vytvoriť situáciu, kedy sa vzdialenosť od tela k osi zníži.

Musíte si len pamätať, že je zobrazená iba približná analógia.

Podľa tejto definície sa ukazuje, že „Petrova Pevnosť"nemá nič spoločné s notoricky známymi"zákon zotrvačnosti". Teleso otáčajúce sa okolo vonkajšej osi voči sebe má skutočne tendenciu udržiavať si svoj okamžitý stav (v tomto prípade tangenciálny smer pohybu). Ale to sa deje NIE kvôli notoricky známemu „zákonu zotrvačnosti“, aleAutor: nehnuteľnosť VŠETKY objekty Vesmíru. Hmotné aj nehmotné.

"Prijímač" energie pre "Petrova Forces» je teleso vzďaľujúce sa od osi otáčania. „Zdrojom“ energie sú všetky vesmíry.

akýkoľvek prekážka (obmedzovač) na dráhe telesa vzďaľujúceho sa od osi rotácie (?) IHNEĎ generuje tradičné „odstredivé Pevnosť". A preto " Odstredivý sila' sa objaví z 'Petrovej sily", pokiaľ sa ukáže, že je nevyvážený akýmkoľvek"Silami odpudzovanie ". Vo vzťahu k celému zariadeniu sa ukazuje, že ánoexterné (kvázi externé). Znamená to, že "Odstredivá sila“, ako by to malo byť pre kvázi vonkajšiu silu, spôsobuje pohyb vo vonkajšom prostredí, pretože „obmedzovač", a všetko zvyšok omša s tým spojená.

Teraz je užitočné zvážiť ďalšie aspekty súvisiace s „Odstredivý Silou»:

Vyššie v texte je výraz „od osi otáčania“ sprevádzaný otáznikom (?). NIE JE to urobené náhodou.

Vo fyzike sa ako samozrejmosť uvádza, že vektor odstredivej sily prechádza cez „os otáčania» telá.

Z môjho pohľadu je to jasná mylná predstava. K takémuto klamu došlo kvôli tomu, že štandardne sa trajektória rotujúceho telesa vo fyzike považuje za KRUHÚ. Ale iba s touto formou trajektórie sa okamžitý stred zakrivenia a os otáčania zhodujú.

Áno, jediný problém je, že krivočiara trajektória rotujúceho telesa NIE JE POVINNÁ kruh ! Napríklad teleso namontované na dlhej rotujúcej ihle sa NEPOHYBUJE v kruhu, ale v odvíjajúcej sa ŠPIRÁLE ! A v tejto situácii okamžitý stred zakrivenia a skutočná os rotácie lúča určite sú NIE ZÁPAS ! Áno a nebeských telies sa v priestore vôbec nepohybujú po kruhových trajektóriách !

Jedna z možných možností pre diskutovanú situáciu je znázornená na obrázku 4.

Napríklad telo T sa točí okolo stredu O 1 , a dráha telesa je povedzme elipsa (červená čiara).

Je jasné, že okamžitý stred zakrivenia O 2 konkrétny úsek eliptickej trajektórie sa nie vždy zhoduje so stredom rotácie (zvyčajne, aj keď nie nevyhnutne, je to ohnisko elipsy).

Ryža. 4

V tejto súvislosti vyvstáva otázka: „Čo teda prechádza vektorom odstredivej sily? Os otáčania alebo okamžitý stred zakrivenia?

Mne osobne sa zdá, že NIE os rotácie, ale okamžitý STRED krivosti.

Práve z tohto dôvodu je potrebné zaviesť nové pojmy:

- normálna odstredivá sila

– radiálna odstredivá sila

je normálna dostredivá sila

– radiálna dostredivá sila

- normálne odstredivé zrýchlenie

– radiálne odstredivé zrýchlenie

- normálne dostredivé zrýchlenie

– radiálne dostredivé zrýchlenie

- normálna tangenciálna (vektorová)

- radiálno-tangenciálny (vektorový)

Je zrejmé, že bod aplikácie "Odstredivý sily» je bod dotyku rotujúceho telesa sobmedzovač. A ona sama" Odstredivá sila» odpočíva V obmedzovač alebo sa tiahne to (v závislosti od typuobmedzovač).

vplyv" odstredivá sila"zapnuté obmedzovačnemusí prebiehať kontaktom, keďže v roliobmedzovačnemusí to byť skutočný objekt. Túto úlohu môže úspešne vykonávať gravitačné pole (“Gravipol"). Na tento účel môžete použiť aj magnetické pole ("Magnipole»).

V prípade gravitácieobmedzovač « Odstredivá sila» hľadá prekonať gravitačná sila aukradnúť » teleso z jeho trajektórie a súčasne s ním ťahajte gravitačné teleso pomocou gravitačného poľa ako spojnice. V tomto prípade bod aplikácieodstredivá sila» sa ukáže ako ťažisko gravitujúceho objektu (gravitácia), ktorý sa ukázal byť stredom otáčania.

Kedy magnetické pole (magnetické pole) pracujúci na atrakcii, situácia je rovnaká ako pri gravitačnom poli. Len pojmy Gravipol a Gravitelo budú musieť byť nahradené pojmami Magnipole a Magnitelo.

Pre prípad, keď je aplikované magnetické pole, funguje odpudzovanie, « Odstredivá sila» hľadá nenechať teleso k osi otáčania. A zároveň posuňte samotný obmedzovač preč od vás (“magneto") použitím " magnipol“ ako odkaz. Tu je bod aplikácie "odstredivá sila"stáva" magneto».

V súhrne možno formulovať podmienkynevyhnutné pre vznik a existenciuodstredivá sila»:

Krivočiara trajektória pohybujúceho sa telesa

Prítomnosť obmedzovača, ktorý neumožňuje telesu pohybovať sa tangenciálne k okamžitému bodu trajektórie

Rýchlosť dráhy nesmie byť nulová

Telesná hmotnosť nesmie byť nulová

Okamžitý polomer zakrivenia trajektórie nesmie byť nulový

Ťažisko pohybujúceho sa telesa sa nesmie zhodovať s okamžitým stredom zakrivenia

Takže s " odstredivá sila» as « Petrova Force„My, bolestiví muži, sme na to prišli. „Bez bolesti“, pretože niekoľko ďalších otázok o interakcii rotujúceho telesa sobmedzovač.

Teraz je čas zvážiť konceptCentripetálny sila».

Fyzika to vysvetľujeDostredivá sila“ je reakcia (obmedzovač) o prejave „Odstredivá sila". Tento modul reaktívnej sily sa VŽDY rovná "odstredivá sila» a má opačný smer (teda smerujúci k okamžitému stredu zakrivenia trajektórie).

Miesto aplikácie "Dostredivá sila»stane sa KONTAKTNÝM bodom medzi rotujúcim objektom a obmedzovačom, ktorý bráni tomu, aby sa objekt vzdialil od osi jeho rotácie. Kontakt nemusí byť priamy. Kontakt môže byť dokonca vzdialený (pozri vyššie).

Ale čo sa bude rovnať "Dostredivá sila» v situácii, keď sa rotujúci predmet NEPRÍDE do kontaktu s osou otáčania?

Situácia vo všeobecnosti nie je taká fantastická.

Napríklad:

Dlhý lúč sa točí okolo zvislej (pre istotu) osi vo vodorovnej (pre jednoznačnosť) rovine. Na ihlu je napichnuté telo, ktoré má neobmedzené malý hovorilo trenie. Vďaka rotácii lúča, telo, prirodzene (aj keď to bude presnejšie - "podmienečne"), generuje " Petrova Silu". vektor" Petrova Forces» smeruje vždy pozdĺž rotujúceho väziva tela (lúč alebo drážka) s osou jeho rotácie.

Tvar trajektórie telesa, namontovaného voľne na otočnom lúči, určite nebude kruh. Tento tvar je rozširujúca sa špirála. Preto sa okamžitý stred zakrivenia v akomkoľvek bode trajektórie určite NEBUDE zhodovať s osou otáčania lúča. vektor"Petrova Forces“, vychádzajúci z okamžitého stredu zakrivenia, budeme súhlasiť s tým, že zavoláme „Normálne Petrova Force". A vždy si môžete vybrať z vektora "Normálna sila Petrova» komponent smerovaný pozdĺžpletacie ihlice , (nie pozdĺž čiary spájajúcej teleso s okamžitým stredom zakrivenia). Takýto komponent nazveme jednoducho „Petrova Force". Nesie telo pozdĺž lúča od osi jeho otáčania. A keďže sa teleso nedotýka osi svojho otáčania cez špicu (trenie záťaže s špicou môže byť prakticky nulové) a keďže takéto teleso nemá obmedzovač, medzi telesom nie je žiadny kontaktný bod. a obmedzovač. Preto neexistuje žiadny obmedzovač, čo znamená, že nie je dôvod na vytváranie „Centripetálny sily».

Inými slovami: "Petrova Pevnosť"funguje a" Dostredivá sila» zároveň NEVYTVORIL !

Praktická hodnota spomínanej schémy sa môže zdať pochybná, to však nemení podstatu problému. Okrem toho samotný obvod možno stále prakticky použiť, napríklad na nabitie tela vysokou kinetickou energiou (ako je „projektil praku“).

Teraz je na rade tradičnejšia verzia.

Rotujúce teleso je pevne spojené ťahom s osou svojho otáčania. V tomto varianteobmedzovačslúži ako samotná trakcia. Preto "Odstredivý sila“naťahuje presne trakciu. Aplikuje sa presne na ťah a vyvíja tlak na podperu osi otáčania.

Čo robí v tejto situácii?Centripetálny sila»?

V tomto prípade "Dostredivá sila„To je sila, ktorou sa os otáčania snaží odtlačiť os od ťahu.

Len to nemá zmysel skúšať. !

Na výpočet pevnostných kontaktných napätí v materiáloch trakcie a podpory stačí poznať hodnotuOdstredivý sily».

« Dostredivá sila"bol pôvodne zamýšľaný ako vyrovnávanie síl"odstredivá silapodľa d'Alembertovho princípu.

Ale iba v tomto uskutočnení nie je tento problém vyriešený, pretože zariadenie, ktoré je v činnosti nevyvážený kvázi externé silu. z definície nemožno vyvážiť. Do statického stavu ho možno dostať len silami trenia vonkajšieho (vzhľadom na celé zariadenie) média.

Ukazuje sa, že zdôvodnenie „dostredivá sila» sú tu jednoducho zbytočné ! Označujem také plané reči"pritiahnuté za vlasy ».

Ak teraz považujeme vonkajšiu stenu (plášť) za obmedzovač, potom je tu tiež vhodná práve vykonaná individuálna analýza.

Ukázalo sa teda, že pri analýze AKÉHOKOĽVEK prípadu použitia telesa rotujúceho okolo vonkajšej osi, hovorte o „dostredivá sila'nedáva zmysel. To znamená, že CSS sa ukáže byť pritiahnuté za vlasy a vynájdené.

A ak áno, tak prečo si to vôbec pamätať? ?

Obrázok 5 opakuje obrázok 1, ale bez CSS.

Ryža. 5

Na obrázku 6 je rovnaká transformácia vykonaná pre obrázok 4.

Ryža. 6

Oba obrázky ukazujú, že zariadenie je doslovahľadá letieť smerom k CBS.

A nič na tom nemení ani fakt, že v ďalšom okamihu sa zmení smer letu. Koniec koncov, vytvorenie ťažnej sily v určitom smere je nezávislou úlohou. !

Tu si treba dať pozor na to, že teleso má síce tendenciu odletieť, no pôsobením odstredivej sily samotné teleso v zásade odletieť nemôže. Len čo teleso prekoná prekážku, zmizne aj samotná odstredivá sila. !

Inými slovami, odstredivá sila sa neriadi Newtonovým vzorcom

A pravda ! CLS sa vyskytuje iba počas tohto časového obdobia, kým telo spočíva na obmedzovači a už sa nemôže pohybovať po polomere otáčania. Preto to zrýchlenieA počas tohto obdobia je nulová. Podľa Newtonovho vzorca a sila pôsobiaca na teleso sa musí rovnať nule ! Teda, ako keby vôbec neexistoval. Áno, ale telo o tom nevie (napríklad vlak) a na zákrutách sa bezpečne vykoľají.

A čo sa stane s telom, ktoré prekonalo obmedzovač? Niekde to predsa letí ! A ak letí, znamená to, že naň treba pôsobiť nejakou silou. !

Takže tu bez energie k telu, ktoré uniklo na slobodu NIE JE pripútané !

Telo letí po majetkuzotrvačnosť!

POZNÁMKA

Som proti používaniu negramotného výrazu „sila zotrvačnosti“ ! Pretože takáto sila NEEXISTUJE a NEMÔŽE existovať !

Nakoniec prišiel rad na diskusiu o interakcii “odstredivá sila"A obmedzovač.

Predtým bolo spomenuté, že CBS funguje ako vonkajšia sila, hoci je to len kvázi externé.

Existuje túžba predpokladať, že ak je nejaká sila kvázi vonkajšia, potom jej rozkladom na vektorové zložky umiestnené v rovine rotácie získame aj kvázi vonkajšie sily.

Práve tento predpoklad nám umožňuje vypočítať trakčnú zložkuq odstredivý pohyb (obrázok 7).

Ryža. 7

Experimentálne kontroly ukázali správnosť vyššie uvedeného predpokladu. Môžete dokonca sledovať videá pre modely TsDP-47 a TsDP-50.

Je možné očakávať rovnaký efekt pri rozklade vektora odstredivej sily na zložky umiestnené v rovine obsahujúcej os rotácie? Budú sa vertikálne komponenty správať akokvázi externé sila?

Obrázok 8 zobrazuje schému propulznej trysky s obmedzovačom vo forme kužeľovej plochy (fialová).

Ryža. 8

V tejto verzii má kužeľová plocha možnosť voľného zdvihu bez ohľadu na rotor (hnedá).

Keď sa rotor otáča, závažia (modré) vytvárajú odstredivú silu P, ktorá dosadá na kužeľovú plochu a smeruje tak, ako má byť, kolmo na os otáčania. Vertikálny komponentq Táto sila vyvíja tlak na kužeľovú plochu, a preto by ju mala zdvihnúť.

Myslím si, že očakávaný výsledok Čítačky nevyvolá pochybnosti. Kónické veko by malo skutočne vyskočiť.

Tento efekt som však netestoval.

Obvod na obrázku 9 sa líši len v tom, že kužeľový povrch sa teraz NEMÁ odtrhnúť od rotora.

Ryža. 9

Vychádza z predpokladu, že teraz by sa CELÁ vrtuľa mala zdvihnúť pri otáčaní rotora, ak je trakčná zložkaq skutočne sa správa ako vonkajšia sila. Predsa správanie sily R, ako kvázi externé, je nepochybné.

Experiment uskutočnený s takouto schémou nepotvrdil očakávania. Ukázali váhy, na ktorých bola umiestnená testovacia vrtuľa absolútna nula zdvíhacia sila !

Záver sa naznačuje: kvázi vonkajší vektor odstredivej sily a jeho vektorové zložky sú VŽDY v rovine,kolmý k osi otáčania. Ostatné zložky vektora z vektora odstredivej sily NIE SÚ vonkajšími alebo dokonca kvázi vonkajšími svojimi vlastnosťami. !

Inými slovami: odstredivá sila a jej vektorové zložky ležiace v rovine kolmej na os rotácie sú nevyvážené (nekompenzované), pričom vektorové zložky tej istej odstredivej sily, ktoré sa nezhodujú s kolmou rovinou rotácie, sú k nevyvážené sily už NEPOUŽIJÚ.

Ako viete, každé fyzické telo má tendenciu udržiavať svoj stav pokoja alebo uniformy, kým nie je vystavené akýmkoľvek vonkajším vplyvom. Odstredivá sila nie je ničím iným ako prejavom tejto univerzálnosti.V našom živote sa nachádza tak často, že ju prakticky nevnímame a reagujeme na ňu na podvedomej úrovni.

koncepcie

Odstredivá sila je druh účinku, ktorý má fyzikálny bod na sily, ktoré obmedzujú voľnosť jeho pohybu a nútia ho pohybovať sa krivočiaro vzhľadom na telo, ktoré ho spája. Keďže vektor posunutia takéhoto telesa sa neustále mení, aj keď jeho absolútna rýchlosť zostane nezmenená, hodnota zrýchlenia nebude nulová. Preto v dôsledku druhého Newtonovho zákona, ktorý stanovuje závislosť sily od hmotnosti a zrýchlenia telesa, vzniká odstredivá sila. Teraz si spomeňme na tretie pravidlo slávneho anglického fyzika. Podľa neho existujú v pároch, čo znamená, že odstredivá sila musí byť niečím vyvážená. Naozaj, musí existovať niečo, čo udrží telo na jeho krivočiarej trajektórii! Tak to je, v tandeme s odstredivou silou pôsobí na rotujúci objekt aj dostredivá sila. Rozdiel medzi nimi je v tom, že prvý je pripevnený k telu a druhý - k jeho spojeniu s bodom, okolo ktorého dochádza k rotácii.

Kde je účinok odstredivej sily

Oplatí sa odmotať rukou malú záťaž, ktorá sa priviaže na špagát, akonáhle začne byť cítiť napätie špagátu. Nebyť vplyvu odstredivej sily, lano by sa pretrhlo. Zakaždým, keď sa pohybujeme po okružnej ceste (bicyklom, autom, električkou atď.), sme tlačení v opačnom smere od zákruty. Preto na vysokorýchlostných tratiach, na úsekoch s ostrými zákrutami, má trať špeciálny sklon, ktorý poskytuje väčšiu stabilitu súťažiacim jazdcom. Uvažujme o ďalšom zaujímavom príklade. Keďže sa naša planéta otáča okolo svojej osi, odstredivá sila pôsobí na všetky predmety, ktoré sú na jej povrchu. Výsledkom je, že veci sú o niečo jednoduchšie. Ak vezmete závažie 1 kg a presuniete ho z pólu k rovníku, jeho hmotnosť sa zníži o 5 gramov. Pri tak skromných hodnotách sa táto okolnosť javí ako nepodstatná. S rastúcou hmotnosťou sa však tento rozdiel zväčšuje. Napríklad parná lokomotíva, ktorá dorazila do Odesy z Archangeľska, bude o 60 kg ľahšia a váži 20 000 ton po ceste z Biele more do Černoje sa odľahčí až o 80 ton! Prečo sa to deje?

Pretože odstredivá sila vznikajúca pri rotácii našej planéty má tendenciu rozptýliť všetko, čo sa na nej nachádza, z povrchu Zeme. Čo určuje hodnotu odstredivej sily? Opäť si spomeňte na druhé Newtonovo pravidlo. Prvým parametrom, ktorý ovplyvňuje veľkosť odstredivej sily, je samozrejme hmotnosť rotujúceho telesa. A druhým parametrom je zrýchlenie, ktoré pri krivočiarom pohybe závisí od rýchlosti otáčania a polomeru opísaného telesom. Táto závislosť môže byť zobrazená ako vzorec: a = v 2 /R. Ukazuje sa: F \u003d m * v 2 / R. Vedci vypočítali, že ak by sa naša Zem otáčala 17-krát rýchlejšie, na rovníku by nastal beztiažový stav, a ak by úplná revolúcia prebehla len za jednu hodinu, chudnutie by bolo cítiť nielen na rovníku, ale aj vo všetkých moriach. a krajín, ktoré s ním susedia.

Najčastejšie sa sily zotrvačnosti prejavujú staticky v tlaku, ktorým pôsobí teleso vyvíjajúce silu zotrvačnosti na iné teleso, ktoré je zodpovedné za zmenu pohybového stavu prvého telesa. Záťaž, zrýchlená smerom nahor, vyvíja dodatočný tlak na plošinu v dôsledku sily zotrvačnosti (obr. 23). Pozorovateľovi, ktorý ťahá lano, sa zdá, že bremeno „naberá na váhe“, čím viac sa dvíha s väčším zrýchlením.

Ryža. 23. "Zvýšenie hmotnosti" pri zdvíhaní so zrýchlením nastáva v dôsledku zotrvačnej sily vyvinutej telom.

Keď tlak alebo napätie niektorých telies prinúti niektoré pohybujúce sa teleso odchýliť sa od priamočiarej dráhy, hovoríme, že teleso odchyľujúce sa od priamočiarej dráhy vyvíja odstredivú zotrvačnú silu smerujúcu opačne k dostredivej sile, ktorou telesá, ktoré spôsobili zakrivenie dráhy trajektórie vyvíjať tlak na pohybujúce sa teleso alebo ho ťahať. Podľa zákona o rovnosti akcie a reakcie sú tieto dve sily vždy číselne rovnaké, takže odstredivá sila je určená vzorcom

alebo, čo je to isté:

Dostredivá sila smeruje vždy k stredu zakrivenia a pôsobí na pohybujúce sa teleso; odstredivá sila má rovnakú veľkosť ako dostredivá, ale smeruje dovnútra opačná strana, teda od stredu zakrivenia smerom ku konvexnosti trajektórie a aplikuje sa na telesá, ktoré spôsobujú zakrivenie trajektórie pohybujúceho sa telesa.

Masívna guľa zavesená na silnom vlákne ju v pokoji ťahá gravitačnou silou gule, ale po uvedení do kmitania ju ťahá silou väčšou ako je jej gravitácia, o hodnotu odstredivej sily zotrvačnosti, ktorú vyvinie. :

Auto prechádzajúce plošinou, ktorá sa pod svojou hmotnosťou trochu prehýba, tlačí na most silou prevyšujúcou hmotnosť auta o hodnotu odstredivej sily zotrvačnosti. Preto za rovnakých okolností bude tlak auta na konkávny most tým väčší, čím väčšia bude rýchlosť auta. Aby sa zabránilo pôsobeniu odstredivých síl, mostíky sú zvyčajne trochu vypuklé (obr. 24). V tomto prípade sa hmotnosť vozidiel, ktoré sa rýchlo pohybujú po moste, čiastočne prejavuje dynamicky, pričom im udeľuje dostredivé zrýchlenie smerujúce nadol; preto tlak na konvexný most áut, ktoré cez neho rýchlo prechádzajú, bude menší ako ich hmotnosť.

Kolesá vlakových alebo električkových vozňov na zaobleniach trate vyvíjajú vodorovný tlak na vonkajšiu koľaj v dôsledku

Ryža. 24 Pri jazde cez vypuklý most tlačí auto na umývadlo silou menšou ako je jeho vlastná hmotnosť.

odstredivá sila zotrvačnosti vyvinutá automobilom. Aby sa vozeň neprevrátil, musí výslednica tlaku vzniknutého hmotnosťou vozňa a odstredivej sily smerovať medzi koľajnice kolmo na povrch koľajnice; na tento účel je na zaobleniach vonkajšia koľajnica položená o niečo vyššie ako vnútorná (obr. 25).

Ryža. 25. Pri zaobleniach je vonkajšia koľajnica položená nad vnútornou,

Z podobných dôvodov korčuliar, opisujúci kruh, nakloní svoje telo do stredu kruhu (obr. 26). Znovu si všimnite, že na obr. 25 a 26, ako je v tomto kurze všeobecne akceptované, zvlnené šípky znázorňujú statické prejavy síl (v prvom prípade sily pôsobiace na koľajnicu, v druhom na ľad). Na obr. 26 tiež ukazuje, ako odozva zeme a hmotnosť korčuliara poskytujú súčet dostredivej sily, ktorá pôsobí na stred zotrvačnosti korčuliara a prejavuje sa dynamicky v dostredivom zrýchlení, keď sa korčuliar pohybuje po kruhovom oblúku. Presne rovnaká konštrukcia by mohla byť doplnená o Obr. 25. Dostredivé zrýchlenie, ktoré zabezpečuje pohyb auta po zaoblení koľaje, pri správnom stúpaní vonkajšej koľajnice (ako v prípade znázornenom na obr. 26) vzniká v dôsledku geometrický súčet reakcie koľajníc a hmotnosti vozňa. Sklon plachty síce neeliminuje horizontálnu zložku tlaku kolies na koľajnice, ale znižuje (pri správnom uhle sklonu - na nulu) bočný tlak pneumatík, rovnobežne s rovinou kl. podvaly. Ak by sa vonkajšia koľajnica nezdvíhala, a tým by sa vozeň pohyboval v oblúkoch striktne vertikálne, potom by okrem tendencie k prevráteniu vznikali veľké sily, ktoré by posúvali upevnenie koľajníc k podvalom; v tomto prípade by dostredivá sila na zaoblenia koľaje vznikala v dôsledku naznačených síl, ktoré majú tendenciu odtrhnúť vonkajšiu koľajnicu, pričom pri správnom sklone stojiny nedochádza k žiadnym posuvným silám v rovine stojiny, keďže výsledný tlak na koľajnice je kolmý na túto rovinu,

V prípadoch, ako je ten, ktorý je znázornený na obr. 26, dostredivá sila pôsobí na ťažisko pohybujúceho sa telesa a body pôsobenia odstredivej sily sú určené geometrickými podmienkami kontaktu pohybujúceho sa telesa s telesom, na ktoré pôsobí odstredivá sila a proti ktorým sa zaisťuje zakrivenie trajektórie; preto tieto

číselne rovnaké sily sú síce nasmerované, ako akcia a reakcia, antiparalelné, ale nie pozdĺž jednej priamky.

Rotujúca látka pevné telo je v napnutom stave, pretože každá častica rotujúceho telesa vyvíja odstredivú zotrvačnú silu aplikovanú na susedné častice telesa, čo bráni príslušnej častici vzdialiť sa od osi rotácie. Sily zotrvačnosti smerujúce pozdĺž polomeru od stredu majú tendenciu odtrhávať vonkajšie vrstvy hmoty od vnútorných.

Ryža. 26 Pri opise oblúka kruhu korčuliar nakloní telo tak, aby reakcia ľadu prešla ťažiskom tela, potom výslednica reakcie R a hmotnosti udáva dostredivú silu.

Ak je sila látky nedostatočná, potom pri vysokej rýchlosti otáčania odstredivé sily zotrvačnosti zničia telo a roztrhajú ho. Aby sa predišlo takýmto nehodám, všetky rýchlo sa otáčajúce časti strojov (rotory) a vysokorýchlostné zotrvačníky sú vyrobené z najodolnejších kovov (zvyčajne ocele).

Veľkosť odstredivých síl zotrvačnosti v rotujúcich častiach strojov možno posúdiť z nasledujúceho príkladu. Rotor jedného z gyrokompasov s priemerom 12 cm a hmotnosťou 2,5 kg robí 20 000 otáčok za minútu. Odstredivá sila vyvinutá na jeho okraj akoukoľvek hmotou je 25 tisíc krát väčšia ako hmotnosť tejto hmoty.

Sily zotrvačnosti majú často deštruktívny vplyv na jednotlivé časti strojov. Keď je koleso namontované na náprave tak, že celá jeho hmotnosť je rozložená symetricky vzhľadom na os otáčania, potom sú odstredivé sily zotrvačnosti vyvíjané jednotlivými časticami kolesa vyvážené na osi otáčania a ovplyvňujú iba elastické napätie hmoty kolesa. Pri veľmi vysokých rýchlostiach môže toto napätie spôsobiť prasknutie kolesa. Ale ak je hmotnosť kolesa rozložená asymetricky vzhľadom na os otáčania, potom aj pri relatívne nízkych rýchlostiach môžu odstredivé sily zotrvačnosti, ktoré v tomto prípade nie sú vyvážené na osi, viesť k zlomeniu nápravy.

Na kolesách parnej lokomotívy je asymetrické rozloženie zotrvačných síl schopné vytvoriť jednostranný tlak na nápravu niekoľkých ton; v tomto ohľade, keď sa takéto koleso otáča, tlak kolesa na koľajnicu sa buď zvýši (keď je výslednica nevyvážených odstredivých síl nasmerovaná nadol), alebo sa zníži (keď smeruje nahor) - koľajnica takpovediac, je pod vplyvom ťažkých úderov kladiva.

Pri návrhu nového stroja sa vykonáva podrobný výpočet zotrvačných síl, ktoré v ňom môžu vzniknúť pri rôznych podmienkach jeho prevádzky. S prejavom nevyvážených síl zotrvačnosti sa treba prebojovať presným rozložením hmôt a koordináciou pohybov jednotlivých častí stroja.

Ale zotrvačné sily, najmä odstredivé sily, majú pozitívne uplatnenie aj v technike, ktorá je veľmi rozsiahla a rôznorodá (práca bucharov, odstredivých strojov, odstrediviek a pod.).

Všimnite si, že výraz "odstredivá sila" nie je úplne úspešný; vedie to k nepochopeniu tejto sily. Pojem "odstredivá sila" nabáda k premýšľaniu o pohybe zo stredu otáčania pozdĺž polomeru. Odstredivá sila síce pôsobí pozdĺž polomeru od stredu, ale nespôsobuje v tomto smere žiadny pohyb a ani ho nemôže spôsobiť, pretože pôsobí na väzby. Ak sa náhle odstránia väzby, ktoré držali telo v konštantnej vzdialenosti od stredu (napríklad sa pretrhne lano, ku ktorému je priviazaný kameň otáčaný v kruhu), telo pohybujúce sa po kruhu sa bude pohybovať smerom od stredu. kružnice, samozrejme, nie po polomere, ale po dotyčnici ku kružnici, keďže zotrvačnosťou si zachová smer rýchlosti, ktorý mal v momente prerušenia väzieb.

Tu je chlapec, ktorý točí kameň na lane. Točí týmto kameňom stále rýchlejšie, až kým sa lano nepretrhne. Potom kameň odletí niekam nabok. Aká sila pretrhla lano? Veď držala kameň, ktorého váha sa, samozrejme, nezmenila. Na lane pôsobiaca odstredivá sila, odpovedali vedci predtým. Dávno pred Newtonom vedci prišli na to, že aby sa teleso mohlo otáčať, musí naň pôsobiť sila. Ale to je zrejmé najmä z Newtonových zákonov. Newton bol prvým vedcom. On určil príčinu rotačný pohyb planét okolo Slnka. Sila spôsobujúca tento pohyb bola sila gravitácie.

Dostredivá sila

Keďže sa kameň pohybuje v kruhu, znamená to, že naň pôsobí sila, ktorá mení jeho pohyb. Po všetkom zotrvačnosťou sa kameň musí pohybovať v priamom smere. Na túto dôležitú časť prvého zákona pohybu sa niekedy zabúda. Zotrvačnosť vždy rovno. A kameň, ktorý pretrhne lano, poletí tiež v priamom smere. Sila, ktorá koriguje dráhu kameňa, naň pôsobí po celý čas, kým sa otáča. Táto konštantná sila sa nazýva dostredivá vrstva. Je pripevnený ku kameňu. Potom sa však podľa , musí objaviť sila pôsobiaca zo strany kameňa na lano a rovná sa dostredivej. Táto sila sa nazýva odstredivá. Čím rýchlejšie sa kameň otáča, tým väčšia sila naň musí pôsobiť zo strany lana. A samozrejme, čím silnejšie bude kameň ťahať - roztrhnúť lano. Napokon, jeho bezpečnostná rezerva nemusí stačiť, lano sa pretrhne a kameň bude letieť zotrvačnosťou v priamom smere. Keďže si udržiava svoju rýchlosť, môže letieť veľmi ďaleko.

Staroveká ľudská zbraň - prak

Možno najviac staroveká ľudská zbraň - prak. Podľa biblickej tradície pastier Dávid zabil kameňom z tohto praku obra Goliáša. A záves funguje rovnako ako lano s kameňom. Iba v ňom sa v správnom čase jednoducho uvoľní predtým neskrútený kameň.
Na štadiónoch často vídať športovcov – diskárov či kladivárov. A tu je známy obrázok. Športovec sa točí stále rýchlejšie, drží disk v rukách a nakoniec ho uvoľní z rúk. Disk tak letí na šesťdesiatich - sedemdesiatich metroch. Je zrejmé, že v rotujúcich telesách pri veľmi vysokých rýchlostiach vznikajú veľmi veľké sily. Tieto sily sa zvyšujú so vzdialenosťou od osi otáčania.

Centrovanie rotora

Ak je rotujúce teleso dobre vycentrované – os rotácie sa presne zhoduje s osou symetrie tela – nie je to také strašidelné. Vznikajúce sily budú vyrovnané. Ale v dôsledku zlého zarovnania môžu byť najnepríjemnejšie následky. V tomto prípade bude na hriadeľ rotujúceho stroja neustále pôsobiť nevyvážená sila, ktorá je schopná tento hriadeľ pri vysokých rýchlostiach dokonca zlomiť.
Rýchlosť otáčania rotorov parných turbín dosahuje tridsaťtisíc otáčok za minútu. Počas skúšobných testov v závode je počúvaná pracovná turbína takmer rovnakým spôsobom, ako lekár počúva srdce chorého človeka. Ak je rotor zle vycentrovaný, okamžite sa to prejaví - k rovnomernému spevu rýchlo sa otáčajúceho rotora sa pridajú rušivé klepania a zvuky, čo predstavuje hroziacu nehodu. Turbína sa zastaví, rotor sa skontroluje a jeho rotácia sa úplne vyhladí.

Vyrovnávanie odstredivých síl

Vyrovnávanie odstredivých síl je predmetom neustáleho záujmu inžinierov a dizajnérov. Tieto sily sú najnebezpečnejšími nepriateľmi strojov, zvyčajne pôsobia deštruktívne. Pozoruhodný sovietsky lodiarsky vedec, akademik Alexej Nikolajevič Krylov, ktorý prednášal študentom, uviedol príklad takejto deštruktívnej akcie. V roku 1890 smeroval z Anglicka do Ameriky jeden parník s vyše tisíc pasažiermi na palube. Táto loď bola vybavená dvoma strojmi, každý s výkonom deväťtisíc koní. Inžinieri, ktorí tieto stroje postavili, zjavne neboli dostatočne skúsení alebo nie dostatočne zdatní a zanedbali tretí Newtonov zákon. Na otvorenom mori s motorom na plný výkon sa jeden stroj doslova rozbil na kusy, roztrhaný silami vznikajúcimi pri rotácii. Črepiny poškodili ďalšie auto a prerazili spodok. Strojovňa bola zaplavená. Oceánsky parník sa zmenil na plavák, ktorý sa bezmocne hojdal na vlnách. Do vleku ho vzal ďalší parník, ktorý obeť odstredivých síl dopravil do najbližšieho prístavu. Uvažujme rotáciu kameňa s hmotnosťou m na lane (obr. 4.8).

Ryža. 4.8

V každom okamihu by sa kameň musel pohybovať po priamke dotýkajúcej sa kruhu. S osou otáčania je však spojený lanom. Lano sa natiahne, objaví sa elastická sila pôsobiaca na kameň, smerujúca pozdĺž lana do stredu otáčania. Toto je dostredivá sila (keď sa Zem otáča okolo svojej osi, gravitačná sila pôsobí ako dostredivá sila).

Ale odvtedy

		(4.5.2)
		(4.5.3)

Dostredivá sila vznikla v dôsledku pôsobenia kameňa na lano, t.j. je sila pôsobiaca na telo zotrvačná sila druhého druhu. Je to fiktívne – neexistuje.

Sila pôsobiaca na väzbu a smerujúca pozdĺž polomeru od stredu sa nazýva odstredivé.

Pamätajte, že dostredivá sila pôsobí na rotujúce teleso a odstredivá sila pôsobí na spojenie.

Sila gravitačnej príťažlivosti smeruje do stredu Zeme.
Reakčná sila podpery (normálny tlak) smeruje kolmo na povrch pohybu.

Odstredivá sila je sila zotrvačnosti prvého druhu. Na rotujúce teleso nepôsobí žiadna odstredivá sila.

Z pohľadu pozorovateľa spojeného s neinerciálnou vzťažnou sústavou sa nepribližuje k stredu, hoci vidí, že F tss je aktívny (to sa dá posúdiť podľa údajov pružinového dynamometra). Preto je z pohľadu pozorovateľa v neinerciálnej sústave sila, ktorá sa vyrovnáva F tss, čo sa týka veľkosti a opačného smeru:

Pretože a n= ω 2 R(tu ω je uhlová rýchlosť kameňa a υ je lineárne), potom

F cb = mω 2 R.

(4.5.4)

Všetci (a tiež fyzické zariadenia) sme na Zemi, otáčame sa okolo osi, teda v neinerciálnej sústave (obrázok 4.9).

Ryža. 4.9