Центробежная сила

Закрепим жестко шар на стержне. Для того чтобы исключить из рассуждений влияние поля земли, поместим нашу конструкцию в кабину космического корабля находящегося в космосе.

Будем вращать шар закрепленный на стержне вокруг центра О (Рис. 7).

Рис. 7

 


При движении шара по круговой траектории с линейной скоростью V , передняя часть шара будет испытывать давление от сил трения шара о воздух.
Возникают, так называемые, силы лобового сопротивления.

Давление на поверхности сферы шара, обозначенной буквами e c a , будет больше, чем на поверхности e k a . И давление на участке сферы e c , будет больше, чем на c a .
Таким образом, появляется поле давления, вызывающее центробежную силу. Причем, давление в этом поле возрастает от центра к переферии.
Согласно определению раздела "Поля сил давления" оно будет возрастающим.


В разделе Вес тела подробно рассмотрен процесс образования силы веса.
Центробежная сила образуется точно по такому же принципу. Различие лишь в том, что поле земли убывающее, а центробежное поле возрастающее. Поэтому, центробежная сила изменит направление своего действия на противоположное, по сравнению с силой веса. То есть, если сила веса была направлена к центру поля земли, то центробежная сила будет направлена от центра поля давления, вызванного вращением шара вокруг точки О.
Разница еще и в том, что параметры давления воздуха, в случае с Землей, постоянные.

В случае же с центробежной силой, давление воздуха можно изменять увеличением линейной скорости V . Как известно давление лобового сопротивления прямо пропорционально квадрату линейной скорости движения шара по круговой орбите вокруг точки О. ( Fd = Fa * V 2 )


Для определения величины центробежной силы можно воспользоваться формулой (1). При этом, вместо давления Pa нужно подставить давление поля, создаваемое лобовым сопротивлением шара о воздух ( Pz = Pa * V 2 ).

 

 

Где: R - Радиус обращения шара по круговой траектории (м)

Рассмотрим какую роль играет в данной формуле радиус обращения шара R .

И почему, когда радиус становится больше, Центробежная сила уменьшается.
Обратите внимание на рисунок 7a.

          Рис. 7a

 


При повороте стержня на угол шар перемещается из положения 1 в положение 2 двигаясь по окружности радиусом R .

Если прервать связь стержня с шаром, то он дудет двигаться по касательной к окружности и займет ни положение 2 как в первом случае, а положение 3 . Разница в расстояниях от центра вращения шара будет равна расстоянию с (обозначено на рисунке 7a).
Следовательно стержень при движении шара по окружности постоянно притягивает шар в направлении центра вращения О , создавая на участке d c b разряжение воздуха, а на участке d a b повышенное давление (Рис. 7b).

          Рис. 7b

 


Эта разность давлений и приводит к появлению центробежной силы Fz .
Причем, чем больше радиус R , тем меньше расстояние с . Значит меньше и разность давлений. Как следствие меньше и Центробежная сила.

Таким образом , это еще раз подтверждает, что центробежная сила, так же как и сила веса шара , создается давлением воздуха на шар.

Если шар в точке подвеса к стержню закреплен на оси перпендикулярной к плоскости вращения, и эта ось проходит через центр симметрии шара, то кроме всего прочего он начнет вращаться вокруг своей оси. Направление вращения шара будет совпадать с направлением обращения его вокруг точки О. Это очень напоминает вращение планет в нашей солнечной системе ! ?

В заключении хочу подчеркнуть, что почти все природные силы, образованные полями, имеют выше описанную природу. К ним относятся гравитационные, центробежные, электромагнитные, электростатические и многие другие силы.


Забегая немного вперед, скажу также, что в природе не существует сил притяжения. В природе существуют силы отталкивания. На принципе отталкивания построен механизм, позволяющий материи существовать в пространстве.

Alexander Stumpf

10.08.2003, Kassel (Германия).

 

Рейтинг@Mail.ru