15+ Παραδείγματα φυγόκεντρης δύναμης

Παραδείγματα φυγοκεντρικής δύναμης

Πηγή εικόνας: JordiferrerDiavolo - Tibidabo 02CC BY-SA 3.0

Η αδράνεια επηρεάζει τη φυγόκεντρο δύναμη, η οποία βρίσκεται ακτινικά προς τα έξω από τον παράλληλο άξονα περιστροφής που διέρχεται από την αρχή του συστήματος συντεταγμένων. Συχνά ονομάζεται «udευδο» Δύναμη και δεν πρέπει να συγχέεται με αυτό Αντιδραστική φυγόκεντρη δύναμη.

Ο ακόλουθος παραδείγματα της φυγόκεντρης δύναμης είναι μάρτυρες της επίδρασης της σε διάφορες καθημερινές δραστηριότητες:

Στροφή του αυτοκινήτου γύρω από μια καμπύλη

Οι επιβάτες που στρίβουν οχήματα γύρω από κυρτούς δρόμους είναι ευαίσθητοι να βιώσουν την επίδραση της φυγόκεντρης δύναμης.

Εάν ένα αυτοκίνητο μεταφέρει επιβάτη με σταθερό ρυθμό σε ευθεία οδό, τότε δεν υπόκειται σε καμία επιτάχυνση. Ως αποτέλεσμα, ο δεύτερος νόμος κίνησης του Νεύτωνα αποδεικνύει ότι η καθαρή δύναμη του επιβάτη είναι ένα μηδενικό σύνολο. Ενώ το αυτοκίνητο κάνει μια στροφή προς τα αριστερά, ο επιβάτης αισθάνεται μια φαινομενική δύναμη που τον σέρνει προς τα δεξιά, γνωστή ως φυγόκεντρος δύναμη, είναι μια φανταστική δύναμη.

Η απροσδόκητη τάση για επιτάχυνση στα δεξιά του αυτοκινήτου οφείλεται στο τοπικό πλαίσιο αναφοράς του επιβάτη. Αυτή η τάση πρέπει να καταπολεμηθεί μέσω της ώθησης προς τα δεξιά (δύναμη τριβής από το κάθισμα) στο όχημα, όπως μια δύναμη τριβής από το κάθισμα. Η ανάγκη να μηδενιστεί το αποτέλεσμα αυτής της επιτάχυνσης είναι να διατηρηθεί μια σταθερή θέση μέσα στο αυτοκίνητο.

Ωστόσο, η τριβή του συνοδηγού από το κάθισμα φαίνεται να είναι άνιση αν ένας ακίνητος θεατής παρακολουθεί από μια υπέρβαση πάνω. Σύμφωνα με αυτόν τον παρατηρητή, ένα δίχτυ δύναμης δημιουργείται προς τα αριστερά, με αποτέλεσμα την επιτάχυνση του επιβάτη μακριά από το όριο της καμπύλης (προς το εσωτερικό). Αυτό εμποδίζει τον επιβάτη να συνεχίσει να κινείται με το αυτοκίνητο, παρά σε ευθεία γραμμή, όπως θα έκανε διαφορετικά. Ως αποτέλεσμα, η «φυγόκεντρη δύναμη» που αντιλαμβάνεται είναι αποτέλεσμα της «φυγόκεντρης κλίσης» που προκαλείται από την αδράνεια.

Πέτρα σε μια χορδή

Όταν μια πέτρα περιστρέφεται γύρω από ένα νήμα σε οριζόντια θέση αεροπλάνο, η βαρύτητα λειτουργεί κάθετα και η πέτρα υποβάλλεται σε μια καθαρή δύναμη που δρα προς το κέντρο στο οριζόντιο επίπεδο.

Η πέτρα παραμένει στον ίδιο άξονα με την πέτρα σε ένα πλαίσιο αναφοράς. Η δύναμη που ασκείται από το σχοινί, ωστόσο, συνεχίζει να δρα στην πέτρα. Σε αντίθεση με τους νόμους κίνησης του Νεύτωνα, η πέτρα δεν επιταχύνεται προς την κατεύθυνση της καθαρής εφαρμοζόμενης δύναμης. Για να χρησιμοποιηθούν οι εξισώσεις κίνησης του Νεύτωνα στο περιστρεφόμενο πλαίσιο, πρέπει να προστεθεί η φυγόκεντρη δύναμη και άλλες φανταστικές δυνάμεις με τις θεμελιώδεις δυνάμεις.

παραδείγματα φυγόκεντρης δύναμης
Παραδείγματα φυγόκεντρης δύναμης: πέτρα σε κορδόνι. Πηγή εικόνας: ΜπυραρίαΑντιδραστική φυγόκεντρη δύναμη σε ομοιόμορφη κυκλική κίνησηCC BY-SA 3.0

Γη

Βάρος αντικειμένων στη Γη

Το μεταβαλλόμενο βάρος ενός αντικειμένου παρατηρείται στον ισημερινό και τους πόλους της Γης λόγω της επίδρασης της φυγόκεντρης δύναμης.

Όταν ζυγίζεται ένα αντικείμενο στον ισημερινό, εκτίθεται στη βαρύτητα προς τη μία κατεύθυνση και στην ίση και αντίθετη δύναμη επαναφοράς του ελατηρίου στην άλλη. Ωστόσο, όταν η Γη περιστρέφεται, η βαρύτητα και η δύναμη του ελατηρίου δεν εξισορροπούνται στο πλαίσιο αναφοράς της Γης, παρά την επιτάχυνση. Για να ταιριάξει με την φαινομενική απουσία επιτάχυνσης, πρέπει να εισαχθεί η φυγόκεντρη δύναμη για να μηδενιστεί η επίδραση της καθαρής δύναμης που ασκεί στο σώμα.

Όταν το ίδιο αντικείμενο ζυγίζεται με μια ουσιαστική ισορροπία ελατηρίου στους πόλους της Γης, υποβάλλεται στις ίδιες δύο πραγματικές δυνάμεις. Επειδή το στοιχείο δεν κινείται ούτε επιταχύνεται, η καθαρή δύναμη που ασκείται σε αυτό είναι μηδέν. Το υπόλοιπο σε αυτό το παράδειγμα εμφανίζει μόνο την τιμή της δύναμης της βαρύτητας στο στοιχείο.

Σχήμα της Γης

Το σχήμα της Γης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη φυγόκεντρο δύναμη που ασκείται σε αυτήν.

Η Γη παρουσιάζει ένα φαινόμενο διόγκωσης στον ισημερινό και ισιώνει στον πόλο λόγω φυγόκεντρης δύναμης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το σχήμα της Γης να μοιάζει με αυτό ενός πορτοκαλιού.

Παραδείγματα φυγόκεντρης δύναμης: Shape of Earth; Πηγή εικόνας: Pajs at Τσεχική ΒικιπαίδειαElipsoid zplostely, επισημαίνεται ως δημόσιος τομέας, περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με Wikimedia Commons

Πλανητικές τροχιές

Η φυγόκεντρη δύναμη βιώνεται από πλανήτες που κάνουν τον ήλιο στο ηλιακό μας σύστημα ή σε οποιοδήποτε άλλο ηλιακό μας σύστημα.

Η φυγόκεντρη δύναμη επιτρέπει σε αυτούς τους πλανήτες να συνεχίσουν την περιστροφική τους κίνηση και να αποφύγουν την κατάρρευση στον πυρήνα. Όλα τα ουράνια σώματα που περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο υφίστανται σημαντικό βαθμό αυτής της φυγόκεντρης δύναμης.

Αυτό το φαινόμενο είναι επίσης υπεύθυνο για την ανάκληση της ιδέας της επέκτασης του σύμπαντος και της αφήγησης δημιουργίας.

Περιστροφή ενός κάδου γεμάτου νερό

Μπορεί κανείς εύκολα να δει την επίδραση της φυγόκεντρης δύναμης ενώ περιστρέφει έναν κουβά γεμάτο νερό και προσπαθεί να αποτρέψει τυχόν διαρροή.

Η περιστροφή του κάδου του νερού σε κάθετο κύκλο με συγκεκριμένη ταχύτητα χρησιμοποιεί φυγόκεντρη δύναμη για να εξισορροπήσει το βάρος του νερού και να αποτρέψει την πτώση του έξω. Το σχήμα της άνω επιφάνειας του νερού που περιέχεται στον κάδο σχετίζεται επίσης με μια κοίλη δομή λόγω αυτής της φυγόκεντρης δύναμης.

Παραδείγματα φυγόκεντρης δύναμης: Σχήμα περιστρεφόμενου ρευστού. Πηγή εικόνας: Matthew Trump (Decumanus at Αγγλικά Wikipedia), Σχήμα παραβολής σε περιστρεφόμενα στρώματα υγρούCC BY-SA 3.0

Τράπεζα δρόμων

Οι δρόμοι στις ορεινές περιοχές είναι τυπικοί χώροι τραπεζών, μαζί με σημεία με απότομες στροφές.

Όταν ταξιδεύετε γρήγορα σε τέτοιες περιοχές, μια φυγόκεντρη δύναμη τείνει να ωθήσει το αυτοκίνητο προς την άκρη του δρόμου. Αυτό είναι εξαιρετικά ανεπιθύμητο, καθώς οδηγεί σε επικίνδυνες καταστάσεις, όπως ατυχήματα, τροχαία ατυχήματα και ατυχήματα. Οι δρόμοι είναι απαλά τρυπημένοι σε τέτοιες άκρες για να μετριάσουν αυτή τη δυσκολία.

Χαρούμενος γύρος

Ένα χαρούμενο γύρο με παιδιά σε αυτό είναι ένα τυπικό θέαμα στις παιδικές χαρές.

Σε μια χαλαρή βόλτα, τα παιδιά υποβάλλονται σε μια εξωτερική δύναμη που τους ωθεί ακτινικά προς τα έξω. Η επιρροή της δύναμης γίνεται πιο αισθητή καθώς αυξάνεται η ταχύτητα περιστροφής της διαδρομής. Αυτή η φυγόκεντρη δύναμη μπορεί να προκαλέσει ατυχήματα εάν δεν τηρηθούν σωστά οι διαδικασίες ασφαλείας.

Πλυντήριο

Η φυγόκεντρος δύναμη χρησιμοποιείται σε μια ποικιλία καταναλωτικών ηλεκτρικών προϊόντων, συμπεριλαμβανομένων των πλυντηρίων.

Το μηχάνημα παρουσιάζει μηχανισμό περιστροφής και χρησιμοποιεί φυγοκεντρική δύναμη για να απομακρύνει τα ρούχα, το νερό και τα σωματίδια βρωμιάς προς την εξωτερική πλευρά του τυμπάνου. Η θήκη στην εσωτερική πλευρά του δοχείου συγκεντρώνει στη συνέχεια τη βρωμιά και τα ρούχα καθαρίζονται καλά.

Πάρκα αναψυχής

Gravitron

Οι φυγόκεντρες δυνάμεις χρησιμοποιούνται σε ορισμένα αξιοθέατα διασκέδασης, και ένα κοινό παράδειγμα είναι το Gravitron.

Το Gravitron επιτρέπει στους αναβάτες να σηκωθούν πάνω από την επιφάνεια του εδάφους, αγνοώντας την επίδραση της βαρύτητας περιστρέφοντας και σπρώχνοντάς τους στον τοίχο. Αυτή η εξωτερική δύναμη που βιώνουν οι αναβάτες είναι η φυγόκεντρη δύναμη που τείνει να τους πετάξει μακριά από τον κεντρικό άξονα περιστροφής.

Swinging Fair Ride

Ένα άλλο συνηθισμένο παράδειγμα φυγόκεντρης δύναμης στο λούνα παρκ είναι η δίκαιη βόλτα.

Ένας κυλινδρικός στύλος μεγάλου ύψους έχει μια γιγάντια περιστρεφόμενη κεφαλή τοποθετημένη πάνω του σε μια διασκεδαστική κούνια. Πολλαπλές κούνιες είναι προσαρτημένες στη βάση της περιστρεφόμενης κεφαλής. Κατά την περιστροφή του κάτω μέρους της διαδρομής, οι κούνιες αρχίζουν να ταξιδεύουν μακρύτερα από το κέντρο.

Αυτό δίνει στις συνδεδεμένες κούνιες μια κομψή και συναρπαστική δράση, κάνοντας μια συναρπαστική βόλτα.

Περαιτέρω παραδείγματα φυγοκεντρικής δύναμης φαίνονται στην εφαρμογή της σε μια ποικιλία βιομηχανικού εξοπλισμού.

Φυγοκεντρικός κυβερνήτης

Οι φυγοκεντρικοί κυβερνήτες είναι υπεύθυνοι για τον έλεγχο της ταχύτητας ενός κινητήρα.

Ο φυγόκεντρος ρυθμιστής χρησιμοποιεί περιστρεφόμενα βάρη που κινούνται ακτινικά για να ρυθμίσει το γκάζι με τις μεταβαλλόμενες στροφές του κινητήρα. Η φυγόκεντρη δύναμη προκαλεί ακτινική κίνηση στο πλαίσιο αναφοράς των περιστρεφόμενων μαζών.

Φυγοκεντρικός συμπλέκτης

Σε μικρό εξοπλισμό με κινητήρα όπως αλυσοπρίονα, καρτ και μικροσκοπικά ελικόπτερα, χρησιμοποιείται φυγόκεντρος συμπλέκτης.

Ο φυγοκεντρικός συμπλέκτης διευκολύνει την εκκίνηση του κινητήρα χωρίς να εμπλέκει την κίνηση έως ότου αυξηθεί η ταχύτητα του κινητήρα. Με την επιτάχυνση, η μονάδα δέχεται αυτόματη και απρόσκοπτη εμπλοκή.

Παραδείγματα φυγοκεντρικής δύναμης: Φυγοκεντρικός συμπλέκτης. Πηγή εικόνας: Άντι Ντάνγκλι (ερευνητής), Αυτόματος φυγοκεντρικός συμπλέκτης Talbot «Traffic Clutch» (Εγχειρίδιο Autocar, 13η έκδοση, 1935), επισημαίνεται ως δημόσιος τομέας, περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με Wikimedia Commons

Η ίδια ιδέα μπορεί να παρατηρηθεί και σε ανυψωτές φρένων με τύμπανο που χρησιμοποιούν αδράνεια κατά την αναρρίχηση σε βράχο. Ένα άλλο παράδειγμα είναι οι τροχοί αδράνειας που χρησιμοποιούνται σε πολλές ζώνες ασφαλείας οχήματος. Φυγοκεντρική δύναμη χρησιμοποιείται σε τέτοιου είδους εξοπλισμό για την παραγωγή τεχνητής βαρύτητας.

Φυγοκεντρική χύτευση

Η φυγόκεντρη χύτευση είναι μια άλλη κοινή βιομηχανική εφαρμογή φυγόκεντρης δύναμης.

Η φυγόκεντρη χύτευση ή η περιστροφή ρίχνουν θετικές και αρνητικές περιοχές μούχλας. Το υγρό μέταλλο ή πλαστικό κλιμακώνεται στην αρνητική περιοχή του καλουπιού με τη χρήση φυγοκεντρικής δύναμης.

Βιομηχανικές φυγόκεντρες

Ενώσεις ποικίλης πυκνότητας διαχωρίζονται χρησιμοποιώντας φυγοκεντρητές σε ερευνητικά ιδρύματα και βιομηχανίες.

Οι μηχανές φυγοκέντρησης ανέπτυξαν τα διαφορικά της υδροστατικής πίεσης σε σημαντικές δυνάμεις άνωσης που ωθούν σωματίδια χαμηλής πυκνότητας προς τα μέσα. Η φυγόκεντρη δύναμη στους σωλήνες γεμάτους με ρευστό δημιουργείται από αυτές τις συσκευές ορθογώνια προς τον άξονα περιστροφής στο πλαίσιο περιστροφής αναφοράς.

Παραδείγματα φυγοκεντρικής δύναμης: Μηχανή φυγοκέντρησης. Πηγή εικόνας: Μάγκνους ΜάνσκεΕπιτραπέζια φυγοκέντρησηCC BY-SA 3.0

Η φυγόκεντρη δύναμη προκαλεί στοιχεία ή σωματίδια που είναι πιο πυκνά από το ρευστό να ρέουν προς τα έξω. Αυτό αναπτύσσει μια αναλογία της αρχής του Αρχιμήδη, όπου η βαρύτητα υποκαθίσταται από φυγοκεντρική δύναμη.

Επίδραση της φυγόκεντρης δύναμης στο ανθρώπινο σώμα

Ένα αεροσκάφος και το πλήρωμά του μπορεί να υπόκεινται σε διάφορες εκτάσεις επιτάχυνσης κατά τη διάρκεια ενός ελιγμού πτήσης. Μια καμπύλη διαδρομή προκαλεί στο αεροπλάνο κεντρομόλο επιτάχυνση. Λόγω αδράνειας, το αεροσκάφος αντιστέκεται σε αυτή τη δύναμη που κατευθύνεται ακτινικά προς το κέντρο της καμπυλότητας σύμφωνα με τον πρώτο νόμο κίνησης του Νεύτωνα.

Η δύναμη αντίστασης ενεργεί ενάντια στην κεντρομόλο δύναμη και κατευθύνεται μακριά από το κέντρο. Αυτή η ψευδο -δύναμη είναι γνωστή ως φυγόκεντρη δύναμη. Αν ο πιλότος ήταν ένα μη ζωντανό αντικείμενο στο αεροπλάνο, η φυγόκεντρη δύναμη θα θεωρούνταν ότι θα τον σπρώξει στη θέση του και θα προκαλέσει φυσιολογικές συνέπειες.

Οι συνέπειες αυτής της ψευδο -δύναμης μπορούν να χωριστούν σε τρία στοιχειώδη τμήματα:

  • Συνολική αίσθηση φαινομενικής αύξησης του σωματικού βάρους.
  • Απώλεια της όρασης, που αναφέρεται και ως «μαύρισμα».
  • Αποπροσανατολισμός και απώλεια συνείδησης, που είναι σπάνιο και τυπικά ασυνήθιστο.

Σχετικά με την Esha Chakraborty

Έχω ένα υπόβαθρο στην Αεροδιαστημική Μηχανική, επί του παρόντος εργάζομαι για την εφαρμογή της Ρομποτικής στην Άμυνα και τη Διαστημική Επιστήμη Βιομηχανία. Είμαι συνεχής μαθητής και το πάθος μου για τις δημιουργικές τέχνες με κάνει να τείνω να σχεδιάζω νέες ιδέες μηχανικής.
Με τα ρομπότ να αντικαθιστούν σχεδόν όλες τις ανθρώπινες ενέργειες στο μέλλον, θέλω να φέρω στους αναγνώστες μου τις θεμελιώδεις πτυχές του θέματος με έναν εύκολο αλλά ενημερωτικό τρόπο. Μου αρέσει επίσης να ενημερώνω ταυτόχρονα τις εξελίξεις στον κλάδο της αεροδιαστημικής.

Συνδεθείτε μαζί μου με το LinkedIn - http://linkedin.com/in/eshachakraborty93

Lambda Geeks