Centrifugális erő szemléltetés
Hozzávalók
- rövid cső
- madzag vagy drót
- 2 db súly
Az elkészített eszköz
A kísérlet leírása
Kezdjük el vízszintes síkban, a csőnél fogva pörgetni a kisebb súlyt. Azt tapasztaljuk, hogy a kisebb súly a pörgetés sebességétől függően képes felemelni a nála jelentősen nehezebb ellensúlyt. Megfelelő forgási sebességet tartva, a nagyobb súly nyugalomban marad.
Magyarázat
Foglalkozzunk azzal a helyzettel, amikor az alsó súly nyugalomban marad. Ehhez a felső súlyt egy adott állandó sebességgel kell pörgetni.
Az alsó súly nyugalomban van, tehát a rá ható erők eredője 0. A súlyra ható gravitációs erőt ellensúlyozza a pörgetett test mozgásából adódó centrifugális erő. De miből adódik a centrifugális erő, hiszen a pörgetett test sebessége egyenletes? (F=m*a, ahol „a” nullának tűnik, tehát F-nek is nullának kéne lennie) A dolog nyitja a sebesség irányában keresendő. A test sebességének nagysága ugyan állandó, de iránya folyamatosan változik, mindig érintő irányú. A sebesség irányának folyamatos változásából következik, hogy a testnek gyorsulása van, e gyorsulásból ered a centrifugális erő, Newton második törvénye alapján.
A centrifugális gyorsulás képletét a sebességváltozást ábrázoló vektorok alapján geometria módszerekkel kapjuk meg:ac=v*v/r
A rendszerünkben fellépő erőket az alábbi képlet írja le, ha az alsó test nyugalomban van.
g=fc
m1*g=m2*v*v/r
A képlet alapján láthatjuk, hogy egy körpályán egyenletesen mozgó testre ható centrifugális erő négyzetes arányos a test kerületi sebességével illetve fordítottan arányos a körpálya sugarával. Magyarul: kétszer akkora sebességnél négyszer nagyobb erő repít ki a kanyarból illetve fele akkora íven kanyarodva kétszeres centrifugális erő hat a testre.
A centrifugális erő tartja földkörüli pályán a műholdakat. Pont akkora sebességgel és távolságra állítják őket pályára, hogy a centrifugális erő és a Föld vonzása kiegyenlítsék egymást.
Az autóversenyzők igyekeznek úgy venni a kanyarokat, hogy az íveik sugara minél nagyobb legyen, így azonos tapadási erő mellett magasabb sebességgel mehetnek.
videó
