Если центральная сила не существует во вращающейся системе отсчета, то с точки зрения этой системы отсчета, как мы можем объяснить, почему шар, привязанный к веревке, совершающей круговое движение, не может быть вытолкнут наружу, если действует только центробежная сила?
Если центральная сила не существует во вращающейся системе отсчета
Центростремительная сила существует во вращающейся раме. Центростремительная сила — реальная сила, поэтому она существует во всех системах отсчета.
Центробежная сила - это сила инерции, поэтому она существует только во вращающейся системе отсчета, а не в инерционной.
Таким образом, в инерциальной системе отсчета существует центростремительная сила, которая вызывает внутреннее ускорение объекта.
Во вращающейся системе координат существуют как центростремительная, так и центробежная силы, и они компенсируют друг друга, так что объект остается в покое.
Лучше всего забыть о центробежной силе . Это фиктивная (несуществующая) сила, которая вводится, чтобы заставить первый закон движения Ньютона работать в неинерциальной системе отсчета, такой как вращающийся диск.
Представьте, что человек сидит на вращающемся диске и держит в руках акселерометр. Диск вращается с постоянной угловой скоростью , который по определению одинаков в каждой точке диска. Акселерометр покажет величину ускорения , где расстояние от центра вращения до человека. Тогда результирующая величина силы равна , где это масса человека, и ее направление указывает на центр вращения, отсюда и термин центростремительная сила .
Однако человек с акселерометром находится в состоянии покоя, глядя с точки зрения вращающегося диска. Первый закон движения Ньютона говорит нам, что результирующая сила, действующая на объекты, находящиеся в равновесии, равна нулю . Чтобы заставить этот закон работать в раме вращающегося диска, вводится центробежная сила, компенсирующая (измеряемую) центростремительную силу. Но при этом нарушается третий закон движения Ньютона , так как центробежная сила не имеет своей противодействующей пары .
Центробежная и центростремительная силы различны.
Центростремительная сила присутствует, когда мы наблюдаем за вращающимся телом из инерциальной системы отсчета (система отсчета с нулевым ускорением). Например, мы должны учитывать центростремительную силу, когда наблюдаем за телом на Земле из космоса. Центростремительная сила всегда действует внутрь.
Центробежная сила присутствует, когда мы наблюдаем за вращающимся телом из неинерциальной системы отсчета (система отсчета, которая ускоряется). Например, когда мы рассматриваем тело на Земле, мы должны учитывать центробежную силу. Объект не выталкивается наружу из-за гравитационной силы. Вы можете думать о центробежной силе как о псевдосиле. Центробежная сила всегда действует наружу.
Вы наблюдаете за шариком, привязанным к нити, из инерциальной системы отсчета, поэтому на него действует только центростремительная сила.
Стивен