Formula gaya sentrifugal, bagaimana dihitung, contoh, latihan

Itu gaya sentrifugal cenderung mendorong keluar tubuh yang berbalik mengambil kurva. Itu dianggap satu kekuatan fiktif, pseudofuerza salah satu kekuatan inersia, karena itu bukan disebabkan oleh interaksi antara objek nyata, tetapi merupakan manifestasi dari kelembaman dari tubuh. Inersia adalah properti yang membuat objek ingin menjaga gerakan bujursangkar istirahat atau seragam mereka, jika mereka memilikinya.

Istilah "kekuatan sentrifugal" diciptakan oleh ilmuwan Christian Huygens (1629-1695). He affirmed that the curvilinear movement of the planets would tend to move them away unless the sun exerted some force to retain them and calculated that this force was proportional to the square of the speed and inversely proportional to the radius of the described circumference.

Gambar 1. Saat memberikan kurva, penumpang mengalami kekuatan yang cenderung mengeluarkannya. Sumber: LibReshot.

Bagi mereka yang bepergian dengan mobil, kekuatan sentrifugal tidak fiktif sama sekali. Para penumpang mobil yang berbelok ke kanan merasa didorong ke kiri, dan sebaliknya, ketika mobil berbelok ke kiri, orang -orang mengalami kekuatan ke kanan, yang tampaknya ingin memindahkan mereka dari tengah kurva.

Besarnya gaya sentrifugal F_G Itu dihitung dengan ekspresi berikut:

 Di mana:

-F_G Itu adalah besarnya gaya sentrifugal

-M Itu adalah massa objek

-v Itu adalah kecepatan

-R Itu adalah jari -jari lintasan melengkung.

Gaya adalah vektor, oleh karena itu huruf tebal digunakan untuk membedakannya dari besarnya, yang merupakan skalar.

Anda harus selalu ingat, itu F_G hanya muncul saat gerakan dijelaskan menggunakan sistem referensi yang dipercepat.

Dalam contoh yang dijelaskan di awal, tur yang berputar merupakan referensi yang dipercepat, karena membutuhkan percepatan sentripetal, agar saya bisa berbalik.

[TOC]

Bagaimana gaya sentrifugal dihitung?

Pilihan sistem referensi sangat penting untuk apresiasi gerakan. Sistem referensi yang dipercepat juga dikenal sebagai sistem non -inertial.

Dalam jenis sistem ini, seperti mobil yang berputar, kekuatan fiktif seperti gaya sentrifugal muncul, yang asalnya bukan interaksi nyata antara objek. Seorang penumpang tidak bisa mengatakan apa yang mendorongnya keluar dari kurva, dia hanya bisa menegaskan apa yang terjadi seperti ini.

Di sisi lain, dalam sistem referensi inersia, interaksi diberikan antara benda -benda nyata, seperti tubuh yang bergerak dan bumi, yang menghasilkan berat, atau antara tubuh dan permukaan yang bergerak, yang berasal dari gesekan dan gesekan dan gesekan yang berasal dan normal.

Seorang pengamat berdiri di tepi jalan dan siapa yang melihat mobil untuk memberikan kurva, adalah contoh yang baik dari sistem referensi inersia. Untuk pengamat ini, mobil berputar karena bertindak sebagai kekuatan yang diarahkan ke pusat kurva, yang memaksanya untuk tidak keluar darinya. Ini tentang gaya sentripetal yang dihasilkan oleh gesekan antara ban dan trotoar.

Dalam sistem referensi inersia, gaya sentrifugal tidak muncul. Oleh karena itu langkah pertama untuk menghitungnya adalah dengan hati -hati memilih sistem referensi yang akan digunakan untuk menggambarkan gerakan.

Itu dapat melayani Anda: panas sensitif: konsep, formula dan latihan diselesaikan

Akhirnya, perlu dicatat bahwa sistem referensi inersia tidak harus diam, seperti pengamat yang melihat kendaraan untuk memberikan kurva. Sistem referensi inersia, yang dikenal sebagai Kerangka Referensi Laboratorium, Itu juga bisa bergerak. Tentu saja, dengan kecepatan konstan tentang inersia.

Diagram Badan Gratis dalam sistem inersia dan non-inerasi

Pada gambar berikutnya di sebelah kiri, seorang pengamat atau berdiri dan melihat O ', yang berada di platform yang berputar ke arah yang ditunjukkan. Untuk O, yang merupakan kerangka inersia, tentu saja atau 'dipertahankan dengan berbalik karena gaya sentripetal F_C diproduksi oleh dinding kisi di bagian belakang O '.

Gambar 2. Seseorang yang berdiri di atas platform berputar terlihat dari dua sistem referensi yang berbeda: satu diperbaiki dan satu yang cocok dengan orang tersebut. Sumber: Fisika Santillana.

Hanya dalam sistem referensi inersia, itu valid untuk menerapkan hukum kedua Newton, yang menyatakan bahwa gaya bersih sama dengan produk massa dengan akselerasi. Dan dengan melakukannya, dengan diagram tubuh bebas ditampilkan, diperoleh:

F_C = ma_C

F_C= MV² / R

Demikian pula, pada gambar yang tepat ada juga diagram tubuh bebas yang menggambarkan apa yang dilihat atau '. Dari sudut pandangnya, ia beristirahat, oleh karena itu kekuatan -kekuatan di dalamnya seimbang.

Kekuatan -kekuatan ini adalah: normal F, Bahwa dinding mengerahkannya, berwarna merah dan diarahkan ke pusat dan gaya sentrifugal F_G yang mendorongnya keluar dan mana yang tidak berasal dari interaksi apa pun, itu adalah kekuatan non-aorial yang muncul dalam sistem referensi secara rotasi.

Gaya sentrifugal menjadi fiktif, diseimbangkan oleh gaya nyata, kontak atau gaya normal yang menunjuk ke tengah. Karena itu:

∑f_X = 0 → f_G - F = 0

F_G = F

Contoh

Meskipun gaya sentrifugal dianggap sebagai pseudo -freckling, efeknya cukup nyata, seperti yang dapat dilihat dalam contoh -contoh berikut:

- Dalam permainan rotasi taman hiburan apa pun, kekuatan sentrifugal hadir. Dia berhati -hati bahwa "kami melarikan diri dari tengah" dan menawarkan resistensi yang konstan jika Anda mencoba berjalan menuju pusat korsel yang bergerak. Di pendulum berikut Anda dapat melihat kekuatan sentrifugal:

Dapat melayani Anda: Eugen Goldstein: Biografi, Kontribusi dan Penemuan

https: // giphy.com/gifs/jtu3pnmkqomqdujwmo

- Efek coriolis muncul dari rotasi terestrial, yang menyebabkan bumi berhenti menjadi kerangka kerja inersia. Kemudian kekuatan Coriolis muncul, bahwa kekuatan semu yang secara lateral mengalihkan objek, seperti halnya orang-orang yang mencoba berjalan di atas platform yang berputar.

https: // giphy.com/gifs/the-x-files-sully-mulder-funlgylkhobs

Latihan

Latihan 1

Mobil yang berputar dengan akselerasi KE Di sebelah kanan dia membawa mainan boneka yang menggantung dari kaca spion internal. Menggambar dan membandingkan diagram tubuh mainan bebas dari:

a) Kerangka referensi inersia dari seorang pengamat berdiri di jalan.

b) Penumpang yang bepergian di dalam mobil.

Solusi untuk

Seorang pengamat berdiri di jalan memperingatkan bahwa mainan itu bergerak dengan cepat, dengan akselerasi KE ke kanan.

Gambar 3. Diagram Tubuh Gratis untuk Latihan 1A. Sumber: f. Zapata.

Ada dua kekuatan yang bekerja pada mainan: di satu sisi ketegangan di tali T dan berat vertikal turun W. Beratnya seimbang dengan komponen vertikal dari tegangan Tcosθ, Karena itu:

W - tcosθ = 0

Komponen horizontal dari ketegangan: T. Senθ Ini adalah kekuatan yang tidak seimbang yang bertanggung jawab atas percepatan ke kanan, oleh karena itu gaya sentripetal adalah:

F_C= T.Senθ = MA_C

Solusi b

Untuk penumpang di dalam mobil, mainan itu tergantung pada keseimbangan dan diagramnya adalah sebagai berikut:

Gambar 4. Diagram Tubuh Gratis Untuk Latihan 1B. Sumber: f. Zapata.

Seperti pada kasus sebelumnya, berat dan komponen vertikal dari tegangan dikompensasi. Tetapi komponen horizontal seimbang dengan gaya fiktif F_G = ma, sehingga:

-ma + tsenθ = 0

F_G = ma

Latihan 2

Mata uang berada di tepi tugas vinil lama, yang jari -jarinya 15 cm dan berputar pada tingkat 33 revolusi / menit. Temukan koefisien gesekan statis minimum yang diperlukan agar mata uang dipertahankan di tempat, menggunakan mata uang mata uang.

Larutan

Pada gambar adalah diagram tubuh bebas untuk pengamat yang bergerak dengan mata uang. Yang normal N Bahwa toadiscos mengerahkan vertikal ke atas adalah menyeimbangkan dengan berat W, sedangkan kekuatan sentrifugal F_G dikompensasi dengan gosok statis F_menyentuh.

Gambar 5. Diagram Tubuh Gratis untuk Latihan 2. Sumber: f. Zapata.

N - w = 0

F_menyentuh - F_G = 0

Besarnya gaya sentrifugal adalah MV²/R, Seperti yang dinyatakan di awal, lalu:

F_menyentuh = F_G = MV²/R

Di sisi lain, gaya gesekan statis diberikan oleh:

Dapat melayani Anda: volt atau volt: konsep dan rumus, kesetaraan, contoh

F_{Reko =} μ_S.N

Di mana μ_S Ini adalah koefisien gosok statis, kuantitas yang dilepaskan yang nilainya tergantung pada bagaimana permukaan yang bersentuhan. Mengganti persamaan ini tetap:

μ_S.N = mv²/R → μ_S = MV²/R.N

Akan perlu untuk menentukan besarnya yang normal, yang terkait dengan berat sesuai dengan n = mg. Mengganti lagi:

μ_S = MV²/R.mg → μ_S = v²/Rg

Kembali ke pernyataan, ini melaporkan bahwa mata uang berputar pada tingkat 33 revolusi /menit, yang merupakan kecepatan sudut atau frekuensi sudut Ω, terkait dengan kecepatan linier v:

v = Ω.R = 33 rev/mnt . 2π Radianes/Rev . 15 cm . (1 menit/60 detik) = 51. 8 cm/s

μ_S = v²/Rg = (51.8 cm/s)²/ (15cm x 981 cm/ s²) = 0.18

Hasil latihan ini akan sama dengan memilih sistem referensi inersia. Dalam hal ini, satu -satunya kekuatan yang mampu memulai percepatan ke arah tengah adalah sentuhan statis.

Aplikasi

Seperti yang telah kami katakan, kekuatan sentrifugal adalah kekuatan fiktif, yang tidak muncul dalam kerangka kerja inersia, yang merupakan satu -satunya di mana hukum Newton valid. Di dalamnya, gaya sentripetal bertanggung jawab untuk memberikan akselerasi yang diperlukan kepada tubuh terhadap pusat.

Gaya sentripetal bukan kekuatan yang berbeda dengan yang sudah diketahui. Sebaliknya, justru inilah yang melakukan peran kekuatan sentripetal bila perlu. Misalnya, gravitasi yang membuat orbit bulan.

Namun, karena sistem referensi yang dipercepat berlimpah, kekuatan fiktif memiliki efek yang sangat nyata. Untuk sampel, berikut adalah tiga aplikasi penting di mana mereka memiliki efek nyata:

Sentrifugator

Sentrifugator adalah instrumen yang banyak digunakan di laboratorium. Idenya adalah untuk membuat campuran zat berputar pada kecepatan tinggi dan zat -zat tersebut dengan massa yang lebih besar, mengalami gaya sentrifugal yang lebih besar, menurut persamaan yang dijelaskan pada awalnya.

Maka partikel yang paling masif akan cenderung menjauh dari sumbu rotasi, sehingga dipisahkan dari yang paling ringan, yang akan tetap lebih dekat ke tengah.

Mesin cuci

Mesin cuci otomatis memiliki berbagai siklus pemerasan. Di dalamnya pakaian disentrifugasi untuk menghilangkan air yang tersisa. Revolusi siklus yang lebih, kurang basah akan menjadi pakaian di akhir pencucian.

Kurva peralte

Mobil -mobil mengambil kurva di jalan dengan lebih baik, berkat jalannya sedikit bersandar ke tengah kurva, apa yang dikenal sebagai Peralte. Dengan cara ini mobil tidak bergantung secara eksklusif pada gesekan statis antara ban dan jalan untuk menyelesaikan belokan tanpa meninggalkan kurva.

Referensi

1. Acosta, Victor. Konstruksi panduan didaktik tentang kekuatan sentrifugal untuk siswa siklus V kelas 10.Pulih dari: bdigital.dan i.Edu.bersama.
2. Toppr. Hukum Gerak: Surat edaran Gerak. Pulih dari: toppr.com.
3. Resnick, r. (1999). Fisik. Vol. 1. Edisi ke -3. di Spanyol. Perusahaan Editorial Kontinental S.KE. dari c.V.
4. Universitas otonom Negara Bagian Hidalgo. Gaya sentrifugal. Pulih dari: uaeh.Edu.MX
5. Wikipedia. Sentrifugator. Pulih dari: is.Wikipedia.org.