Contenuto
- TL; DR (Too Long; Didnt Read)
- Che cos'è la forza centripeta?
- Formula per la forza centripeta e l'accelerazione centripeta
- Suggerimenti
- Trovare la forza centripeta con informazioni incomplete
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 l'accelerazione senza un cambiamento 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. Secondo la 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. Elaborare questo è un processo semplice, ma potresti dover pensare alla situazione in diversi modi a seconda delle informazioni che hai.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
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 (gravità, per esempio), puoi trovare la forza centripeta usando l'equazione per quella forza.
Che 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 esiste un'accelerazione centripeta, ma la causa fisica di questa forza può variare a seconda della situazione specifica.
Considera il movimento della Terra attorno 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 fai oscillare una palla su una corda in un cerchio a velocità costante, la forza che causa l'accelerazione è diversa. In questo caso, la forza proviene dalla tensione nella corda. Un altro esempio è un'auto che mantiene una velocità costante ma gira in un cerchio. 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 loro causa fisica dipende dalla situazione.
Formula per la forza centripeta e l'accelerazione centripeta
L'accelerazione centripeta è il nome dell'accelerazione direttamente 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 accadrebbe se facessi oscillare una palla collegata a una corda in un cerchio, ma la corda si è rotta. 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 sopra.
Poiché la seconda legge di Newton afferma che force = mass × acceleration, e abbiamo un'equazione per l'accelerazione sopra, la forza centripeta deve essere:
F = mv2 / r
In questa equazione, m si riferisce alla massa.
Quindi, per trovare la forza centripeta, devi conoscere la massa dell'oggetto, il raggio del cerchio in cui viaggia e la sua velocità tangenziale. Usa l'equazione sopra per trovare la forza basata su questi fattori. Quadrare la velocità, moltiplicarla per la massa e quindi dividere il risultato per il raggio del cerchio.
Suggerimenti
Trovare la forza centripeta con informazioni incomplete
Se non disponi di tutte le informazioni necessarie per l'equazione sopra, potrebbe sembrare impossibile trovare la forza centripeta. 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 su un pianeta, sai che la forza centripeta proviene dalla gravità. Ciò 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 raggio, sono necessarie ulteriori informazioni (la circonferenza del cerchio correlata al raggio di C = 2π_r, per esempio) o il valore per l'accelerazione centripeta. Se conosci l'accelerazione centripeta, puoi calcolare la forza centripeta direttamente usando la seconda legge di Newton, _F = mamma.