Centrifugalna sila je sveprisutna u našem svakodnevnom životu, ali je li to što mislimo da je?
Doživljavamo to kada idemo iza ugla u automobilu ili kada se avion pretvara u skretanje. Vidimo to u ciklusu centrifuge perilice rublja ili kada se djeca voze u vrtiću. Jednog dana može stvoriti čak i umjetnu gravitaciju za svemirske brodove i svemirske stanice.
Ali centrifugalna sila često se brka s kontraperom, centripetalnom silom, jer su tako usko povezane - u osnovi dvije strane istog novčića.
Centripetalna sila definirana je kao "sila koja je potrebna da bi se predmet kretao zakrivljenom stazom i usmjerena prema unutra prema središtu rotacije", dok je centrifugalna sila definirana kao "prividna sila koju osjeća objekt koji se kreće u zakrivljenoj stazi koja djeluje prema van od središta rotacije ", prema Merriam Webster Dictionary.
Imajte na umu da je, dok je centripetalna sila stvarna sila, centrifugalna sila definirana kao prividna sila. Drugim riječima, kada vrti masu na struni, žica djeluje na unutarnju centripetalnu silu na masu, dok se čini da masa djeluje na vanjsku centrifugalnu silu.
"Razlika između centripetalne i centrifugalne sile ima veze s različitim 'referentnim okvirima', odnosno različitim gledištima s kojih nešto mjerete", rekao je Andrew A. Ganse, fizičar na Sveučilištu u Washingtonu. "Centripetalna sila i centrifugalna sila stvarno su potpuno iste sile, upravo u suprotnim smjerovima jer su iskusne iz različitih referentnih okvira."
Ako izvana promatrate rotirajući sustav, vidjet ćete unutarnju centripetalnu silu koja djeluje na ograničavanje rotirajućeg tijela na kružni put. Međutim, ako ste dio rotirajućeg sustava, osjetit ćete prividnu centrifugalnu silu koja vas gura od središta kruga, iako ono što zapravo osjećate je unutrašnja centripetalna sila koja vas sprečava da doslovno nestanete po tangenti ,
Sile se pokore Newtonovim zakonima pokreta
Ovu prividnu vanjsku silu opisuju Newtonovi zakoni o kretanju. Newtonov prvi zakon kaže da će "tijelo u mirovanju ostati u mirovanju, a tijelo u pokretu ostat će u pokretu, ako na njega ne djeluje vanjska sila".
Ako se masivno tijelo kreće kroz prostor u ravnoj liniji, njegova će inercija uzrokovati da se nastavlja ravno, osim ako vanjska sila ne uzrokuje ubrzanje, usporavanje ili promjenu smjera. Da bi mogla slijediti kružni put bez promjene brzine, kontinuirana centripetalna sila mora se pod pravim kutom primijeniti na njenu putanju. Polumjer (r) ovog kruga jednak je masi (m) puta kvadratu brzine (v) podijeljenoj sa centripetalnom silom (F), ili r = mv ^ 2 / F. Sila se može izračunati jednostavnim preuređenjem jednadžbe, F = mv ^ 2 / r.
Newtonov Treći zakon kaže da "za svaku akciju postoji jednaka i suprotna reakcija". Baš kao što gravitacija tjera da pritisnete silu na tlo, čini se da i tlo jednako podupire snagu na nogama. Kad se nalazite u automobilu koji se ubrzava, sjedalo djeluje na vas prema naprijed, baš kao što vam se čini da djelujete natrag prema sjedalu.
U slučaju rotirajućeg sustava, centripetalna sila povlači masu prema unutra zakrivljenim putem, dok se čini da se masa zbog svoje inercije istiskuje prema van. U svakom se slučaju primjenjuje samo jedna stvarna sila, dok je druga samo prividna sila.
Primjeri centripetalne sile na djelu
Postoje mnoge aplikacije koje iskorištavaju centripetalnu silu. Jedan je simulacija ubrzavanja svemirskog lansiranja za obuku astronauta. Kada se raketa prvi pokrene, toliko je napunjena gorivom i oksidatorom da se jedva može pomicati. Međutim, kako se uspinje, ogromnom brzinom sagorijeva gorivo, neprekidno gubeći masu. Newtonov drugi zakon kaže da je sila jednaka masovnim brzinama ubrzanja, ili F = ma.
U većini situacija masa ostaje konstantna. Međutim, uz raketu njegova se masa drastično mijenja, dok sila, u ovom slučaju potisak raketnih motora, ostaje gotovo konstantna. To uzrokuje ubrzanje do kraja faze pojačanja do nekoliko puta veće od normalne gravitacije. NASA koristi velike centrifuge za pripremu astronauta za ovo ekstremno ubrzanje. U ovoj se primjeni centripetalna sila pruža naslonom sjedala gurajući unutra astronauta.
Drugi primjer primjene centripetalne sile je laboratorijska centrifuga koja se koristi za ubrzavanje taloženja čestica suspendiranih u tekućini. Jedna uobičajena upotreba ove tehnologije je za pripremu uzoraka krvi za analizu. Prema web stranici eksperimentalnih bioznanosti Sveučilišta Rice, "jedinstvena struktura krvi olakšava odvajanje crvenih krvnih stanica od plazme i ostalih formiranih elemenata diferencijalnom centrifugiranjem."
Pod normalnom silom gravitacije, toplinsko gibanje uzrokuje neprestano miješanje što sprečava krvne stanice da se slegnu iz cijelog uzorka krvi. Međutim, tipična centrifuga može postići ubrzanja koja su 600 do 2.000 puta veća od normalne gravitacije. To prisiljava teška crvena krvna zrnca da se talože na dnu i stratificira različite komponente otopine u slojeve prema njihovoj gustoći.
Ovaj je članak ažurirao 10. svibnja 2019. godine, znanstvena suradnica u živo, Jennifer Leman.
