Centripetalna sila
Vse, kar se premaga po krožnici, stalno spreminja smer, ta sprememba pa zahteva silo, usmerjeno proti središču krožnice. Brez tega navznoter potega bi predmet odletel naravnost namesto da bi se ukrivljal.
Formula
a = v² / r
- a — centripetalni pospešek (m/s²): kako hitro se smer predmeta spreminja proti središču
- v — hitrost (m/s): kako hitro se predmet premika po krožni poti
- r — polmer (m): razdalja od predmeta do središča krožnice
Rešen primer
Predmet se premaga po krožnici s polmerom 2 metra s hitrostjo 4 metrov na sekundo. Kateri je njegov centripetalni pospešek?
- v = 4 m/s
- r = 2 m
- a = v² / r
- a = (4 m/s)² / 2 m
a = 8 m/s²
Preizkusi se
Isti predmet sedaj kroži s 8 metri na sekundo, še vedno pri polmeru 2 metra. Kateri je njegov centripetalni pospešek?
- 16 m/s²
- 8 m/s²
- Pravilen odgovor: 32 m/s²
Prav! Hitrost je na kvadrat, zato njena podvojitev početveri pospešek: 8² ÷ 2 = 32 m/s².
Obdrži hitrost pri 4 metrih na sekundo, a podvoji polmer na 4 metre. Kaj se zgodi s pospeškom?
- Pravilen odgovor: 4 m/s²
- 16 m/s²
- 8 m/s²
Točno — a = v² / r: 4² ÷ 4 = 4 m/s². Podvojitev polmera prereže pospešek na polovico.
Kje to vidiš
Avto, ki zavija v ovinek, potrebuje trenje med pnevmatikami in cesto, ki ga vleče proti središču ovinka, sicer zdrsi ven; mahnjena vedra vode potrebuje napetost vrvice, ki vleče navznoter, sicer vedro odleti naravnost v trenutku, ko se izpusti. Oba sta isti navznoter usmerjeni sili, le dobavljena od nečesa drugega.
Pogoste napake
Centripetalna sila je pogosto opisana kot resnična, ločena sila, ki potiska navzven — ni zunanje „centrifugalne sile«, ki deluje na predmet sam; kar se dejansko dogaja, je lastna vztrajnost predmeta, ki poskuša iti naravnost, medtem ko nekaj (trenje, napetost, težnost) ga vleče navznoter. Prav tako je lahko misliti, da hitrejša krožna hitrost potrebuje sorazmerno več sile, a a = v²/r pomeni, da podvojitev hitrosti početveri potrebno silo, ne podvoji.
Kako se povezuje
To je Newtonov drugi zakon znova, uporabljen na predmet, katerega pospešek vedno kaže proti središču, ne vzdolž smeri potovanja. Splošna težnost, ki sledi, dobavi dejansko silo — težnost — ki drži planete in satelite v krožnih ali skoraj-krožnih tirnicah, ki jih centripetalna sila opisuje.