Come trovare la forza centripeta

La causa fisica delle forze centripete dipende dalla situazione.

Qualsiasi oggetto che si muove in un cerchio sta accelerando, anche se la sua velocità rimane la stessa. Questo potrebbe sembrare controintuitivo, perché come si può avere un'accelerazione senza un cambio di velocità? Infatti, poiché l'accelerazione è il tasso di variazione della velocità e la velocità include la velocità e la direzione del movimento, è impossibile avere un movimento circolare senza accelerazione. Dalla seconda legge di Newton, qualsiasi accelerazione (un) è collegato a una forza (F) di F = mammae nel caso del movimento circolare, la forza in questione è chiamata forza centripeta. Lavorare su questo è un processo semplice, ma potresti dover pensare alla situazione in modi diversi a seconda delle informazioni che hai.

TL; DR (Troppo lungo, non letto)

Trova la forza centripeta usando la formula:

F = mv2 / r

Qui, F fa riferimento alla forza, m è la massa dell'oggetto, v è la velocità tangenziale dell'oggetto, e r è il raggio del cerchio in cui viaggia. Se conosci la fonte della forza centripeta (la gravità, per esempio), puoi trovare la forza centripeta usando l'equazione per quella forza.

Cos'è la forza centripeta?

La forza centripeta non è una forza allo stesso modo della forza gravitazionale o della forza di attrito. La forza centripeta esiste perché l'accelerazione centripeta esiste, ma la causa fisica di questa forza può variare a seconda della situazione specifica.

Considera il movimento della Terra intorno al sole. Anche se la velocità della sua orbita è costante, cambia direzione continuamente e quindi ha un'accelerazione diretta verso il sole. Questa accelerazione deve essere causata da una forza, secondo la prima e la seconda legge del moto di Newton. Nel caso dell'orbita terrestre, la forza che causa l'accelerazione è la gravità.

Tuttavia, se si fa oscillare una palla su una corda in un cerchio a una velocità costante, la forza che causa l'accelerazione è diversa. In questo caso, la forza proviene dalla tensione nella stringa. Un altro esempio è un'auto che mantiene una velocità costante ma si gira in circolo. In questo caso, l'attrito tra le ruote dell'auto e la strada è la fonte della forza.

In altre parole, esistono forze centripete, ma la causa fisica di esse dipende dalla situazione.

Formula per la forza centripeta e accelerazione centripeta

Accelerazione centripeta è il nome per l'accelerazione diretta verso il centro del cerchio in movimento circolare. Questo è definito da:

un = v2 / r

Dove v è la velocità dell'oggetto nella linea tangente al cerchio, e r è il raggio del cerchio in cui si sta muovendo. Pensa a cosa succederebbe se tu stessi facendo oscillare una palla collegata a una corda in un cerchio, ma la corda si spezzò. La palla volerebbe via in linea retta dalla sua posizione sul cerchio nel momento in cui la corda si è rotta, e questo ti dà un'idea di cosa v significa nell'equazione di cui sopra.

Poiché la seconda legge di Newton afferma che forza = massa × accelerazione, e abbiamo un'equazione per l'accelerazione di cui sopra, la forza centripeta deve essere:

F = mv2 / r

In questa equazione, m si riferisce alla massa.

Quindi, per trovare la forza centripeta, è necessario conoscere la massa dell'oggetto, il raggio del cerchio in cui sta viaggiando e la sua velocità tangenziale. Usa l'equazione sopra per trovare la forza basata su questi fattori. Piazza la velocità, moltiplicala per la massa e poi dividi il risultato per il raggio del cerchio.

TL; DR (Troppo lungo, non letto)

Velocità angolari: Puoi anche usare la velocità angolare ω dell'oggetto se lo conosci; è il tasso di variazione della posizione angolare dell'oggetto nel tempo. Ciò modifica l'equazione di accelerazione centripeta a:

un = ω2r

L'equazione della forza centripeta diventa:

F = MW2r

Trovare forza centripeta con informazioni incomplete

Se non si dispone di tutte le informazioni necessarie per l'equazione di cui sopra, potrebbe sembrare come trovare la forza centripeta è impossibile. Tuttavia, se pensi alla situazione, puoi spesso capire quale potrebbe essere la forza.

Ad esempio, se stai cercando di trovare la forza centripeta che agisce su un pianeta in orbita attorno a una stella o una luna in orbita attorno a un pianeta, sai che la forza centripeta proviene dalla gravità. Questo significa che puoi trovare la forza centripeta senza la velocità tangenziale usando l'equazione ordinaria per la forza gravitazionale:

F = Gm1m2 / r2

Dove m1 e m2 sono le masse, sol è la costante gravitazionale, e r è la separazione tra le due masse.

Per calcolare la forza centripeta senza un raggio, hai bisogno di più informazioni (la circonferenza del cerchio relativa al raggio di C = 2π_r, per esempio) o il valore per l'accelerazione centripeta. Se conosci l'accelerazione centripeta, puoi calcolare direttamente la forza centripeta usando la seconda legge di Newton, _F = mamma.

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