Mi okozza a Centripetális gyorsulást: 7 tény, amit tudnod kell

A Centripetális a „középpont keresésére” utal, ezért a körben mozgó tárgy által érzett erőt centripetális erőnek nevezik.

A centripetális gyorsulásokat centripetális erők idézik elő. Bármely műhold égitest körüli körkörös mozgását – a Föld Nap körüli forgásának kivételével – a kölcsönös gravitációs vonzásuk által keltett centripetális erő okozza.

Szemléltetésképpen, amikor egy személy vízszintesen megpörgeti a feje fölött egy kötélen felfüggesztett labdát, a kötél a kéz és a kar izmai által generált centripetális erőt továbbítja, és a labda körkörös mozgást okoz.

A körkörös mozgás speciális helyzetében megtett távolság egyenlő a kör kerületével, vagy 2r, ahol r a kör sugara és egy matematikai állandó. Az időszakot T betű jelöli, amely az az idő, amely alatt egy objektum befejezi saját körútjának egy teljes elfordulását.

„Centripetális gyorsulás” kép forrásai: Wikimedia

Mi az a Centripetális gyorsulás?

A sebességeltolódást gyorsulásnak nevezzük. Hogyan éli meg tehát a gyorsulást az állandó sebességgel körben haladó valami? A sebesség és a sebesség azonban nem teljesen ugyanaz. A sebesség egyszerűen az, hogy milyen gyorsan haladsz.

Mivel nincs iránya, skalár. A sebességed és az irányod viszont a sebességed. Van iránya, vektorgá teszi. Szemléltetésképpen: 3 mph sebesség, de 3 mph délre sebesség.

A körben haladó tárgy iránya folyamatosan változik, így a sebessége is. Ezen túlmenően, amikor egy objektum sebessége megváltozik, még akkor is, ha csak az egyik irányban, nem pedig mindkettőben, az objektumnak fel kell gyorsulnia.

Mi okozza a centripetális gyorsulás tényeit?

Ha egy egyenletes körmozgást vesszük figyelembe, akkor megfigyelhetjük, hogy a sebesség és az elem és a középpont közötti távolság nem változik, így a centripetális gyorsulás egy állandó is.

Az egyik szem előtt tartandó tényező a sugárvektor, amelyről alapvetően azt állítják, hogy kapcsolódik annak az útnak a sugarához, amely mentén a körmozgás bekövetkezik. A vektor a centripetális gyorsulás irányult, azaz befelé irányul ezen a sugáron.

A centripetális gyorsulásnak van egy függősége, és a két fő tényező, amelytől függ, a mozgás alatti tárgy tangenciális sebessége és szögsebessége.

Ha az egyenletes körmozgást vesszük figyelembe, akkor a centripetálist gyorsulás nem tekinthető állandó vektornak. Ennek az az oka, hogy a mozgás alatt álló tárgy sebessége és távolsága a középpontban mindig állandó marad.

A vektor vagy sugárvektor megfelel a körkörös mozgás sugarának. A vektor a centripetális gyorsulás irányát jelzi ezen a sugáron. Ezért belső.

Ahol r a sugár, a v a tangenciális sebesség, az ac pedig a centripetális gyorsulás. A centripetális gyorsulás vektor formában gyakran negatív előjelű.

Mi okozza a centripetális gyorsulást?

Az általános erő okozza a centripetális gyorsulást. Ez a húr feszültsége a lengőlabda (vagy tetherball) játékhoz.

Ez a gravitáció vonzza a műholdat. Az autó és a kanyar között fellépő erő a súrlódási erő, és ezt áthidaló erőnek is nevezik.

Az objektum a körre merőleges egyenes úton tovább halad, ha eltávolítja ezt az erőt, amely eltávolítja a centripetális gyorsulást is.

mi okozza a centripetális gyorsulást
A „lengő labda” kép forrásai: Wikimedia

Milyen tényezők befolyásolják a centripetális gyorsulást?

A tárgy körkörös mozgatásához szükséges erőt centripetális erőnek tekintjük. Főleg három tényező befolyásolja a centripetális erőt, és ezek a következők: a tárgy tömege; sebessége; a kör sugara.

Állandó tangenciális sebesség és körpálya sugara mellett a centripetális erő lineárisan arányos a tárgy tömegével.

Lejtése = F / m = v² / r

A körpálya és a tárgy tömegének állandó sugara mellett a centripetális erő egyenesen arányos a tangenciális négyzetével sebesség.

Meredekség = F / v² = m / r

F = m v² / r

Állandó tangenciális sebesség és tárgytömeg mellett a centripetális erő fordítottan arányos a sugár a körpályáról.

Meredekség = F r = m v²

Milyen erő okozza a centripetális gyorsulást, ha az érme a forgótányérhoz képest álló helyzetben van?

Az érme és a forgótányér között fellépő statikus súrlódási erő főleg akkor áll fenn, amikor az érme és a forgótányér egymáshoz képest nyugalomban van, és ez hozza létre azt a centripetális gyorsulást, amely a rendszert mozgásba hozza.

Milyen erő okozza a kanyargó autó centripetális gyorsulását?

Általában létezik egy erő, az úgynevezett súrlódási erő a gumiabroncs és az út között, és ez az egyetlen oka annak, hogy az autó körkörösen mozogjon. Ha nincs elég súrlódás, az autó nagyobb sugarú kanyarban mozog, és letér az útról.

Tegyük fel, hogy egy bizonyos autóra összpontosítunk, amely egy adott dőlt ívet csinál. Mivel az autó tömege és fordulási sugara rögzített, az autó elfordulásához szükséges centripetális erő (mv2/r) a sebességére támaszkodik; nagyobb sebesség nagyobb centripetális erőket, míg kisebb sebesség kisebb centripetális erőket tesz szükségessé.

Az aritmetikai mintát követve az autó elfordulásához szükséges centripetális erő mértéke a megadott (a normál erő vízszintes összetevője = mg tan θ) rögzített (mivel az autó tömege és a dőlésszög fix árfolyamok) . Ebből következik, hogy annak a sebességnek a felfedezése, amelynél az autó elfordulásához szükséges centripetális erő megegyezik az út által keltett centripetális erővel, van értelme.

Az autó tömege, mg, amely lefelé húzza a járművet, és az út által okozott normál erő, N, amely a járművet felfelé tolja, azok az erők, amelyek a járműre hatnak, amikor az vízszintes (bordás nélküli) felületen áll.

Ezeknek az erőknek nincs vízszintes összetevője, mindkettő függőlegesen hat. Súrlódás nélkül nincs olyan erő, amely létrehozná azt a centripetális erőt, amely ahhoz szükséges, hogy az autót körkörösen haladjon; a jármű nem tud kipörögni.

Másrészt a normál erő, amely mindig merőleges az útfelületre, már nem függőleges, ha az autó dőlt kanyarban van.

Az autónak éppen a megfelelő sebességgel kell mozognia, hogy a szükséges centripetális erő egyenlő legyen a már meglévő erővel, de lehetséges. Egy autó még tökéletesen sima jégen is biztonságosan tudna navigálni a lejtős kanyarban, ha éppen megfelelő sebességgel halad.

Az „Autó gyorsulása” kép forrásai: Wikimedia

Mi okozza az elektron centripetális gyorsulását a hidrogénatomban?

Létezik negatív és pozitív töltés, az elektronnál ez a negatív, az atommagnál pedig a pozitív töltés. Az elektronok atommag körüli keringéséhez szükséges centripetális erőt ez az elektrosztatikus erő biztosítja.

„Hidrogénatom” A kép forrásai: Wikimedia

Következtetés

A centripetális gyorsulásnak van egy nagysága, és ez a nagyság közvetlenül függ a tangenciális sebességtől és a szögsebességtől. Mindezeket a tényeket szem előtt tartva arra a következtetésre juthatunk, hogy a centripetális gyorsulást számos más tényező okozza, de ez a két tényező is. A centripetális gyorsulást is skaláris számnak tekintjük.

Lapozzon a lap tetejére