Merkezcil kuvvet şu şekilde tanımlanır: kuvvet vücudun etrafında hareket ettiği merkeze doğru yönlendirilmiş dairesel bir yolda hareket eden bir cisme etki eder. Terim Latince kelimelerden gelir centrum "merkez" ve petere, "aramak" anlamına gelir.
Merkezcil kuvvet merkez arama kuvveti olarak düşünülebilir. Yönü, vücudun yolunun eğrilik merkezine doğru yönde vücudun hareketine diktir (dik açıda). Merkezcil kuvvet, bir nesnenin hareket yönünü değiştirmeden değiştirir. hız.
Önemli Çıkarımlar: Merkezcil Kuvvet
- Merkezcil kuvvet, cismin etrafında hareket ettiği noktaya doğru içe doğru bir daire içinde hareket eden bir cisim üzerindeki kuvvettir.
- Dönme merkezinden dışarı doğru bakacak şekilde zıt yöndeki kuvvete merkezkaç kuvveti denir.
- Dönen bir cisim için, merkezcil ve merkezkaç kuvvetleri büyüklükte eşittir, fakat tersidir.
Merkezcil ve Merkezkaç Kuvveti Arasındaki Fark
Merkezcil kuvvet bir gövdeyi dönme noktasının merkezine doğru çekerken, merkezkaç kuvveti ("merkezden kaçan" kuvvet) merkezden uzaklaşır.
Göre Newton'un Birinci Yasasına, "hareket halindeki bir vücut dinlenirken, hareket halindeki bir vücut dış bir kuvvet tarafından hareket edilmedikçe hareket halinde kalacaktır." İçinde başka bir deyişle, bir cisme etkiyen kuvvetler dengelenirse, cisim sabit bir hızda hızlanma.
Merkezcil kuvvet, vücudun sürekli olarak yoluna dik bir açıyla hareket ederek bir tanjanttan uçmadan dairesel bir yolu takip etmesini sağlar. Bu şekilde, nesnenin üzerine Newton'un Birinci Kanunu'ndaki güçlerden biri olarak hareket eder ve böylece nesnenin ataletini korur.
Newton'un İkinci Kanunu, merkezcil kuvvet gereksinimi, ki bir nesne bir daire içinde hareket edecekse, ona etki eden net kuvvetin içe doğru olması gerektiğini söyler. Newton'un İkinci Yasası, hızlanan bir cismin net kuvvetin, net kuvvetin yönü ivmenin yönü ile aynı olduğunu söylüyor. Bir daire içinde hareket eden bir cisim için, merkezkaç kuvvetine karşı merkezcil kuvvet (net kuvvet) mevcut olmalıdır.
Dönen referans çerçevesi üzerindeki sabit bir nesnenin bakış açısıyla (örneğin, bir salıncağın üzerindeki bir koltuk), merkezcil ve santrifüj büyüklükte eşittir, ancak terstir. Merkezcil kuvvet hareket halinde vücuda etki ederken merkezkaç kuvvet hareket etmez. Bu nedenle santrifüj kuvvetine bazen "sanal" kuvvet denir.
Merkezcil Kuvvet Nasıl Hesaplanır
Merkezcil kuvvetin matematiksel temsili 1659'da Hollandalı fizikçi Christiaan Huygens tarafından türetilmiştir. Sabit hızda dairesel bir yol izleyen bir cisim için dairenin (r) yarıçapı, gövdenin kütlesine (m) eşittir. hız (v) merkezcil kuvvetin (F) bölünmesi:
r = mv2/ F
Denklem, merkezcil kuvvet için çözmek üzere yeniden düzenlenebilir:
F = mv2/ r
Denklemden dikkat etmeniz gereken önemli bir nokta, merkezcil kuvvetin hız karesiyle orantılı olmasıdır. Bu, bir nesnenin hızını iki katına çıkarmak, nesnenin bir daire içinde hareket etmesini sağlamak için merkezcil kuvvetin dört katına ihtiyaç duyduğu anlamına gelir. Bunun pratik bir örneği, bir otomobille keskin bir eğri alırken görülür. Burada sürtünme, aracın lastiklerini yolda tutan tek kuvvettir. Hızın arttırılması kuvveti büyük ölçüde artırır, böylece bir kızak daha olası hale gelir.
Ayrıca merkezcil kuvvet hesaplamasının nesneye hiçbir ek kuvvetin etki etmediğini varsaydığını unutmayın.
Merkezcil Hızlanma Formülü
Bir diğer yaygın hesaplama, hızdaki değişimin zamandaki değişime bölünmesi olan merkezcil ivmedir. Hızlanma hızın karesi dairenin yarıçapına bölünür:
Δv / Δt = a = v2/ r
Merkezcil Kuvvetin Pratik Uygulamaları
Merkezcil kuvvetin klasik örneği, bir ip üzerinde sallanan bir nesnedir. Burada, ip üzerindeki gerilim merkezcil "çekme" kuvvetini sağlar.
Merkezcil kuvvet, bir Wall of Death motosiklet sürücüsü için "itme" kuvvetidir.
Merkezkaç kuvveti laboratuvar santrifüjleri için kullanılır. Burada, bir sıvı içinde asılı kalan parçacıklar, hızlandırıcı tüpler vasıtasıyla sıvıdan ayrılmaktadır. böylece daha ağır parçacıklar (yani, daha yüksek kütleli nesneler) borular. Santrifüjler katı maddeleri sıvılardan ayırırken, kan örneklerinde olduğu gibi sıvıları da parçalayabilir veya gazların ayrı bileşenlerini içerebilir.
Daha ağır izotop uranyum-238'i daha hafif izotop uranyum-235'ten ayırmak için gaz santrifüjleri kullanılır. Daha ağır izotop bir eğirme silindirinin dışına doğru çekilir. Ağır fraksiyona dokunulur ve başka bir santrifüje gönderilir. İşlem, gaz yeterince "zenginleştirilene" kadar tekrarlanır.
Bir yansıtıcı döndürülerek bir sıvı ayna teleskopu (LMT) yapılabilir sıvı metal, cıva gibi. Ayna yüzeyi paraboloid bir şekil alır, çünkü merkezcil kuvvet hızın karesine bağlıdır. Bu nedenle, dönen sıvı metalin yüksekliği, merkezden uzaklığının karesiyle orantılıdır. Dönen sıvılar tarafından kabul edilen ilginç şekil, bir kova suyu sabit bir hızda döndürerek gözlenebilir.