Příklady centrálních sil: Podrobná fakta

V tomto článku budeme stručně diskutovat o některých příkladech centrálních sil a pochopíme podrobná fakta.

Níže je uveden seznam příkladů centrálních sil:-

Rovnoměrný kruhový pohyb:

Objekt sledující kruhovou dráhu, aniž by měnil svou rychlost, se pak objekt pohybuje rovnoměrným kruhovým pohybem. Zrychlení objektu je způsobeno měnící se rychlostí, která je vidět hlavně proto, že směr složky rychlosti se neustále mění, jak je síla tečnou ke kruhové dráze objektu. I když se rychlost objektů mění s tečnou silou, rychlost objektů zůstává stejná.

Pokud rychlost objektu mírně klesne, objekt se zrychlí směrem dovnitř. Je to proto, že síla směřuje ke středu, který je kolmý na pohyb objektu.

Zrychlení způsobené kruhovým pohybem se rovná

CodeCogsEqn 6 3

Proto síla na objekt

CodeCogsEqn 7 3

Viz zdrojový obrázek
Jednotný kruhový pohyb;
Kredit: Stack Exchange

Pouťová jízda:

příklady centrálních sil
pouťová jízda; Kredit obrázku: partnerských měst

Určitě jste se setkali s pouťovou jízdou v zábavních parcích. Skládá se ze židlí zavěšených na strunách připojených ke kruhovému velkému kotouči uprostřed. Jak se tento disk otáčí, struny k němu připojené se budou otáčet s osobou sedící na židli kruhovým pohybem.

Pouťová jízda nemá rovnoměrný kruhový pohyb, protože rychlost není konstantní a směr rychlosti se neustále mění. Zatímco síla směřuje do středu a rychlost osoby sedící na židli je kolmá ke směru síly. Jedná se o dostředivou sílu a díky dostředivé síle se v drátu připevněném k židli generuje napětí, které vyrovnává jak dostředivou sílu, tak gravitaci.

Auto zatáčí na kruhové cestě:

Viz zdrojový obrázek
Auto v zatáčce;
Kredit: sci.obnovitelný

Když vůz zatáčí po kruhové dráze, centrální síla působí dovnitř, aby neutralizovala odstředivou sílu působící směrem ven. Třecí síla mezi pneumatikami a kovovou vozovkou poskytuje dostředivou sílu nezbytnou pro to, aby vůz mohl zatočit.

Cyklotron:

pojem
cyklotron; Kredit obrázku: horní pr

Cyklotron pracuje na principu elektromagnetismu, který má jak elektrická, tak magnetická pole na sebe kolmá a nabité částice se v tomto poli urychlují, aby dosáhly vysokých energií. Skládá se ze dvou disků, které mají půlkruhový tvar podobný D nazývaný Dees.

Frekvence částic rotujících uvnitř cyklotronu nezávisí na energiích spojených s částicemi. Když je částice uvolněna uvnitř cyklotronu, elektromagnetické pole umožňuje částici jít po kruhové dráze uvnitř obou Dee. Částice je urychlována vlivem elektrického pole. Zrychlení částice zvyšuje energii částice. S rostoucími energiemi se také zvětšuje poloměr kruhové dráhy, kterou částice urazí. Magnetické pole vede částice tak, aby vykazovaly kruhový pohyb.

Gravitron:

Gravitronová jízda je další vzrušující věcí, kterou můžete v zábavním parku dělat. Člověk se postaví k válcové stěně a postupně se rychlost gravitronu zvyšuje. Když rychlost rotace gravitronu dosáhne velmi vysokých hodnot, podlaha pod osobou stojící se odstraní, ale jezdec překvapivě zůstává připevněn ke stěně gravitronu.

Jezdec stojící uvnitř gravitronu zažije odstředivou sílu, která se rovná trojnásobku síly způsobené gravitací, což umožňuje jezdcům zůstat připojeni ke stěně gravitronu jinak než pádem při odstranění podlahy pod ním.

Stropní ventilátory:

Otáčení vrtulí závisí na rotoru, ke kterému jsou upevněny. Rotor pracuje na principu elektromagnetismu. Při toku proudu v cívce se v cívce indukuje magnetické pole, které vytváří krouticí moment kolem osy rotoru. Magnety v rotoru ventilátoru jsou odpuzovány statorem, který pomáhá zvyšovat otáčky rotoru. Rotor a stator se od sebe při každém cyklu odpuzují. Kruhový pohyb rotoru způsobuje, že se lopatky ventilátoru pohybují rovnoměrným kruhovým pohybem. Proto je také jedním z příkladů centrální síly.

Větrný mlýn:

Viz zdrojový obrázek
Rotace lopatek větrného mlýna; Poděkování za obrázky: turbínový generátor

větrné mlýny přeměnit větrnou energii na elektrickou energie; a používají se také k mletí obilí, získávání oleje ze semen, čerpání vody z podzemí atd.

Jak se lopatky pohybují, když je dostatečná rychlost větru k pohybu lopatek, hřídel se začne otáčet a vyrábět mechanickou energii z energie větru. Motor pomáhá zvyšovat počet otáček za sekundu, který je následně připojen ke generátoru pro přeměnu získané mechanické energie na energii elektrickou. The příkladem je pohyb lopatek větrných mlýnů centrální síly. Rychlost lopatky je v kruhové dráze a centrální síla působící směrem ke středu způsobuje, že se motor otáčí vysokou rychlostí.

Pohyb elektronů kolem jádra:

Viz zdrojový obrázek
Pohyb elektronů kolem jádra;
Kredit: bccampus

Objemná hmota obsažená v atomu je soustředěna ve středu zvaném jádro atomu a lehčí hmoty se nacházejí kolem jádra atomu.

Hmotnost protonu mp = 1.67 * 10-27

Hmotnost neutronu mn = 1.76 * 10-27

Hmotnost elektronu me = 9.1 * 10-31

Hmotnost elektronu je ve srovnání s protonem a neutronem velmi malá. Elektron je záporně nabitá částice a protony přidávají do jádra kladný náboj, protože neutrony nemají žádný náboj, rozdíl v nábojích se k sobě přitahuje, ale vlnová délka elektronů je mnohem větší než poloměr protonu a tedy elektronů. a protony se navzájem nesrážejí.

Rotující elektron je spojen s odstředivou silou, která vyrovnává přitažlivou sílu mezi dvěma opačně nabitými částicemi a uniká elektronu padajícímu do jádra.

Umělé satelity kolem Země:

Viz zdrojový obrázek
Satelit obíhající kolem Země;
Kredit: Quora

Družice kolem Země se otáčí v a rovnoměrný kruhový pohyb díky gravitační síle Země. Vzhledem k tomu, že hmotnost Země je mnohem větší než hmotnost satelitu, na satelit působí síla směrem ke středu Země a rychlost satelitu zůstává kolmá ke směru síly, která má tendenci udržovat satelit otáčet se v kruhu. oběžné dráze kolem Země.

Družice se bude pohybovat kolem Země rovnoměrným kruhovým pohybem působením dostředivé síly dané F=mv2/r, které vyrovnávají gravitační sílu, a proto,

mv2/r =G*(Mm)/r2

CodeCogsEqn 8 3

'v' je rychlost umělých satelitů obíhajících kolem planety Země.

Ruské kolo:

Ruská kola jsou obří kolo v zábavních parcích, které se pomocí převodů a motorů točí nahoru, zatímco gravitace Země stahuje kolo zpět do normální polohy a to se opakuje. Kolo se otáčí kolem středové osy. Síla způsobená dostředivé zrychlení který působí směrem ke středu kola je

CodeCogsEqn 9 3

je úhlové zrychlení a r je poloměr kola.

Síla působící na cestujícího je kombinovaným účinkem dostředivé síly a síly způsobené gravitací. The hmotnost cestujícího se mění v závislosti na dostředivém zrychlení a gravitace.

zajetí
Zrychlení ruského kola; Kredit obrázku: RealWorldPhysics

Když se kolo pohybuje z polohy dolů do horní polohy, potřebuje dostatečnou sílu, aby se mohlo pohybovat nahoru proti gravitačnímu tahu působícímu dolů. Zrychlení kola směřuje nahoru. Síla působící na tělo je součtem síly dostředivé zrychlení a také gravitační síla, která je dána jako

F=m(g+a)

Kde

CodeCogsEqn 6

Se stoupající výškou od země se zvyšuje potenciální energie těla a cestující se cítí těžší.

Po dosažení vrcholu kola, dostředivé zrychlení nyní směřuje dolů. Síla, kterou nyní člověk působí, bude minimální, protože gravitační tah sám zrychluje kolo směrem dolů, takže celková síla, kterou tělo působí, je.

V tomto bodě se potenciální energie přemění na kinetickou energii a těleso se volně zrychluje dolů, aniž by působilo jakoukoli silou. I tomu se dá říkat volný pád těla. Cestující se tedy od tohoto bodu cítí lehčí, dokud nedosáhne spodní části kola, kde se kinetická energie karoserie téměř vynuluje a znovu začne budovat potenciální energii.

Mlýnek na míchání:

Hřídel se otáčí díky spojce motoru na hlavní jednotce a na základně mlecí nádoby. S rotujícím hřídelem se čepel připojená k hřídeli také otáčí a pomáhá při mletí směsi. Rotace lopatky je spojena s centrální silovou osou na hřídeli. Otáčení lopatek uvádí částice jídla do kruhového pohybu; to vytváří vakuum ve středu a pohybuje částice směrem ke stranám nádoby.

Co je to centrální síla

Síla působící na částici nebo objekt směřující k pevnému bodu ve středu podél čáry spojující objekt v prostoru a velikost síly závisí na vzdálenosti mezi objektem a ohniskem se nazývá centrální síla.

Vstupuje do činnosti pouze podél linie spojující dva vzájemně se ovlivňující objekty a působí ve středu dvou těles.

Moment hybnosti objektu v kruhové dráze je konstantní. Celková práce vykonaná objektem při pohybu je nulová, a proto je celková energie konstantní. Proto je to konzervativní síla.

Centrální síla je stejná jako dostředivá síla, což je síla působící na objekt kolmá k jeho rychlosti a podléhá tečné síle, která má tendenci udržovat objekt v kruhové dráze.

Přečtěte si více o Gravitační síla je kontaktní síla: Proč, jak, kdy a podrobná fakta.

Často kladené otázky

Je centrální síla kontaktní silou?

Když je síla aplikována na jakýkoli objekt tím, že je ve fyzickém kontaktu s tímto tělem, je známá jako kontaktní síla, a proto centrální síla nemůže být kontaktní silou.

Centrální síla je, když síla působí směrem ke středu mezi objekty v ohnisku v prostoru. Je spojena s polem nebo silou přitažlivosti mezi objekty oddělenými vzdáleností.

Je elektromagnetická síla centrální silou?

Elektromagnetická síla je centrální síla.

Částice v magnetickém poli se pohybuje ve směru kolmém na sílu, která je zodpovědná za kruhový pohyb částice přítomné v poli. Síla působí směrem ke středu této kruhové dráhy dosažené částicí v pohybu.

Také čtení:

Zanechat komentář