Реактивна центрифугална сила

Во класичната механика, реактивната центрифугална сила со центрипеталната сила формира пар од системот акција-реакција.

Во согласност со првиот Њутнов закон за движење, тело се движи во права линија во отсуство на надворешни сили кои дејствуваат врз него. Кога пак силите физички дејствуваат на него, може да настане крива патека како резултат на тоа; Оваа сила најчесто се нарекува центрипетална сила бидејќи е насочена кон центарот од кривата линија на патеката. Според тоа, во согласност со третиот Њутнов закон за движење, ќе постои еднаква но со спротивна насока сила предизвикана од телото на некое друго тело, како ограничување кое ја принудува патеката да се искриви, и таа реактивна сила понекогаш е наречена реактивна центрифугална сила, бидејќи е насочена во спротивна насока од центрипеталната сила.

За разлика од инерцијалната сила или фиктивната сила позната како центрифугална сила, која секогаш постои како додаток на реактивната сила во вртечката рамка на референцата, реактивната сила е реална Њутнова сила која се разгледува во било која референтна рамка. Двете сили ќе имаат иста магнитуда само во посебни случаи каде се појавува кружно движење и каде оската на вртење е центар на вртечката рамка на референцата. 

Разлика од центрифугална псевдосила

Било која сила насочена од центарот кон надвор може да се нарече ”центрифугална”. Центрифугално едноставно значи “насочено од центарот кон надвор”. Слично на ова, центрипетално значи “насочено од надвор кон центарот”. “Реактивната центрифугална сила” не е исто што и центрифугалната псевдосила, која вообичаено е означена со поимот “центрифугална сила”.

Сили во пар

Сликата десно покажува топка во константно кружно движење која е придржана во својата патека со конец без маса поврзан со неподвижниот центар. Сликата е пример на центрифугална-насочена реална сила. Во овој систем центрипеталната сила на конецот врз топката го задржува кружното движење, и нејзината реакција, вообичаено наречена реактивна центрифугална сила, дејствува врз конецот. Во овој модел, се смета дека конецот е без маса и вртежното движење без триење, па не е потребна движечка сила за да ја задржи топката во кружно движење.

Првиот Њутнов закон вели дека било кое тело кое не се движи по права линија е предмет на силата и дијаграмот за слободно тело покажува сила врз топката (втор цртеж) предизвикана од конецот за да ја задржи топката во кружното движење.

Третиот Њутнов закон за акција и реакција вели дека доколку конецот создава центрипетална сила (сила насочена кон центарот) на топката, топката ќе создаде еднаква, но со спротивна насока реакција на конецот, покажано во дијаграмот за слободно тело на конецот (трет цртеж) како реактивна центрифугална сила. 

Конецот ја пренесува реактивната центрифугална сила од топката кон неподвижниот центар, влечејќи кон центарот. Уште еднаш, според третиот Њутнов закон, неподвижниот центар создава реакција кон конецот, означена како пост реакација, влечејќи кон конецот. Двете сили кон конецот се еднакви и спротивни, предизвикувајќи никаква мрежна сила кон конецот (под претпоставка дека конецот е без маса), но ставајќи го конецот под тензија.

Меѓутоа, треба да се забележи дека причината поради која неподвижниот центар изгледа како да е неподвижен, е поради тоа што тој е фиксиран за земјата. На пример, ако вртечката топка беше врзана за јарболот на бродот, јарболот на бродот и топката заедно ќе заротираа околу централната точка.

Активности

Иако реактивната центрифугална сила ретко се користи во физичката литература, концептот се применува во некои концепти на машинството. Пример на таков вид на инженерски концепт е анализата на стресовите во сечилата на брзо ротираките турбини. Сечивото може да се третира како низа од повеќе слоеви кои тргнуваат од оската кон работ на сечивото. Секој слој создава надворешна (центрифугална) сила во непосредно блискиот радијално внатрешен слој и кон внатре (центрипетална) сила во непосредно блискиот радијално надворешен слој. Во исто време внатрешниот слој создава еластична центрипетална сила на средниот слој, додека надворешниот слој создава еластична центрифугална сила, што резултира со создавање на внатрешен стрес. Стресот во сечивото и неговото предизвикување се главните интереси на машинските инженери во овој случај.

Друг пример на вртечки уред во кој може да се идентификува реактивната центрифугална сила, користена за да се опише однесувањето на системот, е центифугалната спојка. Центрифугалната спојка се користи кај малите мотори-придвижувани уреди како што се моторните пили, малите тркачки возила и моделите на хеликоптери. Таа му овозможува на моторот да се активира и да биде неактивен без возење на уредот, но автоматски и нежно го активира погонот како што брзината на моторот се зголемува. Се користат пружини за да го ограничат вртењето на папучите од спојката. При мали брзини пружината создава центрипетална сила врз папучите, кои се придвижуваат кон поголем полупречник како што се зголемува брзината, а пружините се истегнуваат под тензија. При високи брзини, кога папучите не можат да се движат повеќе кон надвор со цел да ја зголемат тензијата на пружините, поради надворешниот барабан, барабанот обезбедува дел од центрифугалната сила која ги држи папучите да се движат по кружна патека. Силата на напрегање применета врз пружините и силата насочена кон надвор применета врз барабанот од вртечките папучи се соодветните реактивни центрифугални сили. Взаемната сила помеѓу барабанот и папучите создава триење кое е потребно за да се вклучи излезното вратило кое е поврзано со барабанот. На тој начин центифугалната спојка ги илустрира и двете сили, фиктивната центрифугална сила и реактивната центрифугална сила.

Реактивната центрифугална сила, која е една половина од реактивниот пар, заедно со центрипеталната сила се концепт кој се применува во секоја референтна рамка. Тоа ги раздвојува од инерцијалната или фиктивната центрифугална сила, кои се јавуваат само кај вртечките рамки.

Гравитациски случај две-тела

При ротацијата на две тела, како што планетата и месечината ротираат околу нивниот заеднички центар на маса или барицентар, силите во двете тела се центрипетални. Во таков случај реакцијата на центрипеталната сила на планетата врз месечината е центрипеталната сила на месечината врз планетата

Наводи

1. Roche, John (2001). "Introducing motion in a circle". Physics Education. 36: 399–405. Bibcode:2001PhyEd..36..399R. doi:10.1088/0031-9120/36/5/305.
2. Kobayashi, Yukio (2008). "Remarks on viewing situation in a rotating frame". European Journal of Physics. 29: 599–606. Bibcode:2008EJPh...29..599K. doi:10.1088/0143-0807/29/3/019.
3. Delo E. Mook & Thomas Vargish (1987). Inside relativity. Princeton NJ: Princeton University Press. p. 47. ISBN 0-691-02520-7.
4. J. S. Brar and R. K. Bansal (2004). A Text Book of Theory of Machines (3rd ed.). Firewall Media. p. 39. ISBN 9788170084181.
5. De Volson Wood (1884). The elements of analytical mechanics: solids and fluids (4th ed.). J. Wiley & sons. p. 310.
6. G. David Scott (1957). "Centrifugal Forces and Newton's Laws of Motion". 25. American Journal of Physics. p. 325.
7. http://dictionary.reference.com/browse/centrifugal
8. http://dictionary.reference.com/browse/centripetal
9. Anthony G. Atkins, Tony Atkins and Marcel Escudier (2013). A Dictionary of Mechanical Engineering. Oxford University Press. p. 53. ISBN 9780199587438. Retrieved 5 June 2014.