Cum se calculează forța Centripetală

Înainte de a învăța cum să calculați forța centripetală, să vedem ce este forța centripetă și cum derivă ea. Un obiect care se mișcă pe o cale circulară se accelerează chiar dacă menține o viteză constantă. Accelerația cu care se confruntă un astfel de obiect se numește centripetal accelerare, și întotdeauna indică spre centrul traseului circular. Conform celei de-a doua legi a lui Newton, trebuie să existe a forta centripeta arătând în centrul căii circulare, care este responsabilă pentru mișcarea circulară. În acest articol, ne uităm la mai multe exemple privind modul de calcul al forței centripetale.

Cum să găsiți forța Centripetală

Derivarea forței centripetale este destul de simplă odată ce sunteți familiarizați cu conceptele accelerației centripetale și a doua lege a lui Newton.

Accelerarea centripetală pe un corp care călătorește cu o viteză constantă într-o cale circulară cu o rază este dat de

 

Dacă viteza unghiulară a corpului este , atunci accelerația centripetală poate fi scrisă ca

Acum, pentru a merge de la forța centripetală la accelerația centripetală, pur și simplu facem uz de a doua lege a mișcării lui Newton, . Apoi, accelerația centripetală  pentru un corp care are masa este,

și,

Cum se calculează forța Centripetală

Exemplul 1

O minge mică de masă de 0,5 kg este atașată la un șnur și se rotește la o viteză constantă într-un cerc orizontal, care are o rază de 0,4 m. Mișcarea circulară a bilei are o frecvență de 1,8 Hz.

a) Găsiți forța centripetală.

b) Calculați câtă forță ar fi necesară pentru a muta mingea în același cerc, dar cu o viteză de două ori mai mare.

Cum se calculează forța centripetală - Exemplul 1

Exemple de forță centripeană

Vom analiza mai multe situații în care sunt aplicabile conceptele pe care le-am învățat despre mișcarea circulară. Cheia pentru rezolvarea acestor tipuri de probleme este identificați calea circulară și apoi găsiți forța rezultantă îndreptată spre centrul traseului circular. Această forță rezultantă este forța centripetală.

Miscarea circulara a unui pendul conic

Să presupunem o masă  atașat la sfârșitul unui șir de lungime  făcută să se deplaseze într-un cerc orizontal cu rază , astfel încât șirul să formeze un unghi  la verticală. Situația este ilustrată mai jos:

Cum se calculează forța centripetală - pendulul conic

Este important de reținut că aici pendulul nu poate fi învârtit într-un cerc orizontal cu șirul paralel cu solul. Gravitatea trage întotdeauna pendulul în jos, deci trebuie să existe întotdeauna o forță verticală care să echilibreze acest lucru. Forța verticală trebuie să provină din tensiunea, care acționează de-a lungul șirului. Prin urmare, pentru ca tensiunea să poată echilibra tragerea în jos a greutății, șirul pendulului trebuie să fie întotdeauna sub un unghi față de sol. 

Miscarea circulara si bancara

Băncile apar atunci când, de exemplu, o mașină călătorește pe o pistă înclinată într-o cale circulară sau când un pilot înclină în mod deliberat o aeronavă pentru a menține o cale circulară. Diagrama liberă a caroseriei pentru ambele cazuri pare similar, așadar voi folosi doar o diagramă pentru a găsi forța centripetă în ambele cazuri. Singura diferență este că forța a fost numită  pentru că mașina este forța de reacție dintre anvelopele mașinii și suprafața drumului, în timp ce pentru avion,  este forța "Lift" din aripi. În ambele cazuri,  se referă la masa mașinii / avionului.

Cum se calculează forța centripetală - bancare

Exemplul 2

O mașină se deplasează la o distanță de 20 m^-1 într-o secțiune de șosea bancată. Dacă raza căii circulare orizontale este de 200 m, calculați unghiul de prindere necesar pentru a menține mașina în mișcare la această viteză, fără nici o frecare între anvelope și drum.

Dacă există o frecare, aceasta ar contribui la forța centripetală și vehiculul ar putea să se deplaseze cu o viteză mai mare. Cu toate acestea, presupunem că frecare este 0 aici (imaginați-vă un drum foarte alunecos).

Cum se calculează forța centralizată - Exemplul 2