В настоящее время я учусь в последнем классе старшей школы, и мои учителя физики всегда говорили мне, что центробежной силы не существует. Сегодня моя подруга годом позже спросила меня, что такое центробежная сила, я сказал ей, что ее не существует, а затем она сказала мне, что в ее учебнике сказано, что она существует, и определила ее так: «Кажущаяся сила, действующая по направлению к внешней стороне круга, равна центробежной силы и возникает из-за того, что масса объекта сопротивляется внутреннему центростремительному ускорению, которое испытывает объект». Я был очень шокирован, услышав это после нескольких лет, когда мне сказали, что его не существует.
Я немного почитал и узнал много всего о псевдосилах и системах отсчета. Мне было интересно, может ли кто-нибудь объяснить мне, что происходит? Неправильно ли говорить, что центробежной силы не существует?
Это всегда меня немного раздражало, так как я часто задаюсь вопросом, что если каждая сила имеет силу противодействия, то центростремительная сила должна иметь противодействующую центробежную силу, но когда я спросил об этом своих учителей, они сказали мне, что центробежной силы не существует.
Центробежная сила и сила Кориолиса существуют только во вращающейся системе отсчета, и их цель состоит в том, чтобы «заставить работать ньютоновскую механику» в такой системе отсчета.
Так что ваш учитель прав ; согласно ньютоновской механике, центробежной силы действительно не существует. Однако есть причина, по которой вы все еще можете определить и использовать его. По этой причине книга вашей подруги также может считаться правильной .
Как известно, законы Ньютона работают в так называемых « инерциальных системах отсчета ». Однако точка на поверхности Земли на самом деле не является инерциальной системой отсчета, потому что она вращается вокруг центра Земли. (Поэтому вы можете думать об этом как о вращающейся системе координат.) Таким образом, механика Ньютона неприменима, если вы хотите описать движение и использовать точку отсчета на Земле. Это довольно неудобно, потому что мы в основном хотим создавать вещи, которые работают на Земле.
К счастью, есть хитрость: вы можете использовать точку на поверхности Земли в качестве точки отсчета и представить, что это инерциальная система отсчета, если вы также сделаете вид , что существуют какие-то внешние «воображаемые» (фиктивные) силы в дополнение к настоящие. Это центробежная сила и сила Кориолиса.
Если вас интересует больше, см.:
http://en.wikipedia.org/wiki/Inertial_frame_of_reference
http://en.wikipedia.org/wiki/Centrifugal_force_%28rotating_reference_frame%29
http://en.wikipedia.org/wiki/Coriolis_effect
Хитрость в том, что центробежная сила — это фиктивная сила .
Центробежная сила существует! Всем, кто это отрицает, сделайте с ними следующее: xkcd.com/123 . Однако это фиктивная сила . Цитирую википедию:
Фиктивная сила — это кажущаяся сила, действующая на все массы, движение которых описывается с помощью неинерциальной системы отсчета, такой как вращающаяся система отсчета.
Итак, если вы сидите в карусели, вы можете почувствовать силу, вытягивающую вас оттуда. Вы можете измерить это. Для вас эта сила существует, но для вашей мамы, стоящей снаружи карусели и наблюдающей за вами, центробежной силы нет. Она может видеть, как карусель прикладывает к вам центростремительную силу, поэтому вы идете вместе с каруселью и не падаете. В противном случае ваша масса заставляет вас двигаться по прямой и вы падаете.
Причина, по которой два наблюдателя наблюдают разные силы, заключается в том, что карусель не является инерциальной системой отсчета, в отличие от земли, на которой стоит ваша мать.
В инерциальной системе отсчета центробежная сила отсутствует, но может быть в неинерциальной системе отсчета.
Таким образом, центробежная сила существует, потому что наблюдатель в карусели не находится в инерциальной системе отсчета. Изменив систему отсчета, вы можете устранить ее.
Поскольку я не согласен со всеми ответами, я попытаюсь объяснить некоторые основы науки: наука по самой своей сути не может объяснить, почему вещи происходят именно так, а не иначе, она просто пытается смоделировать реальность, основываясь на наблюдениях в прошлом, чтобы предсказывать события в будущем. Другими словами, определение центробежной силы возможно, как, например, в книге вашей подруги, но оно избыточно в большей схеме физической модели реальности, поскольку другие аспекты физической модели могут использоваться для описания тех же событий без необходимости. для такой силы.
Теперь, чтобы ответить на ваш первоначальный вопрос: существует ли центробежная сила?
* <small> ну, если быть совсем корректным, то здесь что-то вроде теологии считается некоторыми наукой и она хотя бы на фундаментальном уровне имеет право предъявлять претензии, вне зависимости от вопроса, может она или не может что-либо объяснить < /маленький>
** Модели, если взять, например, ньютоновскую модель и более новую квантовую физическую модель как отдельные модели с разными уровнями абстракции, а не квантовую физическую как просто улучшенную новую версию ньютоновской модели.
В ньютоновской физике объекты продолжают двигаться по прямой линии, пока на них не действует сила, поэтому, если объект не движется по прямой линии, на него должна действовать сила.
Рассмотрим планеты. Почему бы им просто не улететь в космос по прямой? Потому что их притягивает солнце.
Рассмотрим камень на конце струны. Почему он не слетает при вращении? Потому что линия удерживает его на месте.
Когда вы попадаете во что-то, что вращается (например, карусель), вы улетаете по прямой, потому что вы ни за что не держались.
Если вы держитесь за что-то, вы почувствуете, как будто что-то тянет вас наружу. На самом деле ваши руки тянут вас внутрь (именно это мешает вам взлететь), и вы чувствуете реакцию на свое действие (тоже законы Ньютона). Поскольку движение относительно, вы можете определить некоторые умные ориентиры, которые создадут впечатление, что есть сила, толкающая вас наружу, но, в конце концов, это не имеет особого смысла.
Если вы держите акселерометр во время карусели, вы увидите, что испытываете ускорение (которое подразумевает силу, из-за ). Если вы будете вращаться достаточно быстро, вы также почувствуете на себе различные эффекты приложения к вам больших сил, например, отток крови от частей вашего тела. Если вы отпустите и улетите, вы заметите, что акселерометр не показывает ускорение, и вы его не чувствуете, даже если вы очень быстро вращались. Куда делась «центробежная сила»? Оно ушло, как только вы перестали прикладывать к себе центростремительную (к центру) силу , отпустив.
Вот почему это называется вымышленной силой, она кажется существующей только в том случае, если вы используете систему отсчета, которая позволяет появляться вымышленным силам.
Ключ к загадке заключается в том, что для объяснения кажущихся сил, действующих на кого-то, кому вращающаяся система отсчета кажется определяющей неподвижность, например, на всех людей повсюду, может потребоваться принять во внимание центробежную силу, поскольку она кажется там. Хотя может быть и небольшой в зависимости от скорости вращения. Это то, что написано в учебнике твоей подруги. Для формулировки законов движения Ньютона в инерциальной системе отсчета, чем занимались ваши учителя, такой вещи, как центробежная сила, не существует. Вы могли бы разумно подумать, что, поскольку они противоречат друг другу, одна из этих точек зрения должна быть настолько глупой, что никто никогда не будет ее высказывать. Но это не так.
«Центробежная сила» и «сила Кориолиса» существуют как термины в уравнении движения объекта относительно вращающейся системы отсчета:
Затем объект удаляется от центра вращения. В инерциальной (невращающейся) системе отсчета он изначально не находился в состоянии покоя. В этой системе отсчета мы бы сказали, что он движется по прямой линии. Во вращающейся системе отсчета он ускоряется от центра — начальное ускорение направлено прямо в сторону, но он начинает следовать по кривой траектории.
«Сила», вызывающая начальное «ускорение», называется «центробежной силой», а «сила», действующая на движущееся тело во вращающейся системе отсчета и вызывающая искривление, называется «силой Кориолиса».
Но уравнения движения во вращающейся системе отсчета ужасны, а уравнения движения в инерциальной системе отсчета действительно просты. Итак, кого волнуют вращающиеся системы отсчета, чтобы дать имя «силе», которая не существует в инерциальных системах отсчета, которые мы предпочитаем для расчетов? Люди, которые живут на планете, это кто. Эти несуществующие силы необходимо учитывать, если вы хотите точно рассчитать полет достаточно дальнобойного артиллерийского снаряда или движение погоды относительно земли, а не относительно какой-то фиксированной точки в пространстве, через которую проходит земля. вращается.
Они существуют? Если вы возьмете вращающуюся систему отсчета, то их можно будет наблюдать, как и любую другую силу, и в этом отношении мы субъективно ощущаем их, когда вращаемся достаточно быстро. Если взять инерциальную систему отсчета, то в законах физики такого термина нет. Так что да, они существуют, вы можете их измерить, если вы стоите на планете. Нет, их на самом деле не существует, они просто побочный продукт выбранной вами системы отсчета. Немного похоже на гравитацию в общей теории относительности, это побочный продукт выбора «неестественной» системы отсчета, которая не соответствует кривизне пространства-времени ;-)
Обратите внимание, что в обеих системах отсчета, инерциальной или вращающейся, объект, который остается неподвижным во вращающейся системе отсчета (и вращается по кругу в инерциальной системе отсчета), обязательно испытывает «центростремительную силу» (силу, направленную к центру). Таким образом, гравитация заставляет предметы двигаться по орбите, а натяжение нити заставляет вращающийся пои двигаться по круговой траектории. Итак, что на самом деле представляет собой «центробежная сила» во вращающейся системе отсчета, это термин, который вам нужен, чтобы удовлетворить требование, согласно которому неподвижный объект должен испытывать нулевую результирующую силу. В инерциальной системе отсчета этот объект, описывающий окружность , не является стационарным , поэтому на него не действует результирующая сила 0, поэтому уравновешивающий член отсутствует.
Вы ошибаетесь, когда говорите о равных и противоположных силах. Поскольку на вращающийся объект действует центростремительная сила, объект, прилагающий эту силу, обязательно должен испытывать равную и противоположную силу. Луна тянет землю в свою сторону, а веревка пои тянет вашу руку в сторону пои. Это не то, что обычно называют «центробежной силой», но она находится вдали от центра, и она «действительно» существует.
Центробежная сила - это сила, которая оттягивает вращающийся объект от центра вращения. Центробежная сила является частью ньютоновской механики и получена из второго закона Ньютона.
(источник: http://explainthatstuff.com/ )
То же самое происходит и с пилотами реактивных самолетов:
Они испытывают центробежную силу, и если этой силы достаточно, они могут потерять сознание.
РЕДАКТИРОВАТЬ:
Представьте себе автобус и человека, который стоит в нем, и вдруг водитель автобуса поворачивает автобус, потому что автомобиль изменил направление скорости, он ускорился, а тот, кто стоял, продолжал двигаться в прежнем направлении, из-за этого он упадет, но из-за того, что водитель автобуса сидит очень тяжело, на него будет действовать центробежная сила. Легче представить себе космический корабль, если он плыл относительно космического корабля и космический корабль изменил направление своего движения, он будет ускоряться, а он будет продолжать двигаться в прежнем направлении, поэтому на него не будет действовать центробежная сила. , а космический корабль будет. (Я нашел красивую анимацию об этой ситуации на космическом корабле . Нажмите здесь .)
Посмотрим, как возникают инерционные псевдосилы (как и центробежная псевдосила) в теории ньютоновской механики. 1
Первое правило можно рассматривать как способ определения или идентификации этих фреймов (при условии, что вы в любом случае можете идентифицировать силы).
Эти три закона не дают прямого совета о том, как заниматься физикой в неинерциальных системах отсчета.
Если вы исследуете одну физическую ситуацию из нескольких систем отсчета, 2 некоторые «силы», которые вы видите, могут изменить свое направление или величину между системами отсчета, в то время как другие будут упорно оставаться неизменными. 3 Те, которые всегда одинаковы, являются «настоящими».
Если вы сидите в транспортном средстве, которое движется и поставить чашку кофе на поднос. Он сидит там, в покое относительно вас. На занятиях мы использовали такого рода наблюдение («Оно просто стоит там»), чтобы идентифицировать вещи, находящиеся в равновесии, а затем утверждали (посредством второго закона), что сумма сил, действующих на них, равна нуль.
И если ваш автомобиль находится в равномерном движении, эта идентификация будет правильной. но если ваше транспортное средство ускоряется (изменение скорости, движение по кривой, и то, и другое...), это формально неправильно. Кубок также ускоряется.
Но мы все равно можем продолжить наш обычный анализ . Вот тут-то и появляются интерциальные псевдоочаги.
Наша схема наращивания очень проста. Начнем с физики, данной нам законами Ньютона; переместите любые неудобные ускорения с RHS на LHS; и назвать новые термины по ЛХС "силами".
Вот и весь шебанг.
Рассмотрим для конкретности вождение автомобиля вокруг кривой с радиусом . Мы предполагаем, что сила, обеспечиваемая трансмиссией, уравновешивает сопротивление и трение качения, и поэтому единственной неуравновешенной силой является трение покоя, направленное внутрь круга.
Запишите законы Ньютона в инерциальную систему отсчета.
Решите, что мы хотим, чтобы вещи, «покоящиеся» в нашей неинерциальной системе отсчета, были «в равновесии», поэтому переместите этот неудобный термин на другую сторону. 4
Дайте термину, который мы только что переместили, имя , так что уравнение теперь имеет две «силы» в
Традиционно, однако мы записываем эту силу в терминах скорости вращения кадра .
Есть стандартный, вполне общий способ работы со сложным неинерционным движением. Он развивает четыре псевдосилы, каждая из которых связана с определенным типом поведения.
Псевдосила, связанная с наблюдателями с прямолинейным ускорением по отношению к инерциальной системе координат (как ни странно, у нее нет традиционного названия; я иногда называю ее «псевдосилой ремня безопасности» ):
« Центробежная» или «центральная» псевдосила, связанная с вращением наблюдателя с угловой скоростью . относительно инерциальной системы отсчета. Это влияет на все объекты, в том числе и на покоящиеся по отношению к наблюдателю. Мы только что вычислили это 5
Псевдосила Кориолиса , также связанная с вращением, но наблюдаемая только для объектов, движущихся со скоростью в неинерциальной системе отсчета.
Псевдосила Эйлера , возникающая у наблюдателей, испытывающих угловое ускорение относительно инерциальной системы отсчета.
Вы можете найти подробные математические разработки этого материала в типичных учебниках по механике для старших курсов или выпускников.
Да? нет? Зависит от?
По сути, это философский вопрос, который зависит от того, как вы понимаете «существующее». Их величина и направление зависят от того, с какой точки зрения вы смотрите на физическое взаимодействие, что определенно отличает их от тех «реальных» сил, которые не обладают этим свойством.
Лично я придерживаюсь строгого различия между «настоящими» и «псевдо» силами. Но я совершенно счастлив работать в неинерциальных системах отсчета, когда это облегчает мне жизнь.
Вы заметили, что все определения псевдосилы, которые я дал, содержат ровно один фактор массы объекта? Это означает, что все объекты испытывают одинаковое «центробежное» или «кориолисово» ускорение, что подозрительно похоже на правило, согласно которому все падает с одинаковым ускорением.
Как оказалось, когда Эйнштейн нашел путь через сорняки к общей теории относительности, он обнаружил, что создал теорию, в которой гравитация также является инерционной псевдосилой (и она, черт возьми, достаточно «реальна» для повседневных целей, не так ли? не так ли?).
В общей теории относительности, когда вы стоите в покое в лаборатории, вы наблюдаете мир из неинерциальной системы отсчета. Инерционная система отсчета — это то, что вы увидите, стоя (или, скорее, паря рядом) с мячом, который только что бросил инструктор.
1 В этом обсуждении я собираюсь последовательно идентифицировать тот класс кажущихся сил, которые возникают в неинерциальных системах отсчета, как «псевдосилы» просто для того, чтобы отделить их от тех «реальных» сил, которые появляются во всех инерциальных или иных системах отсчета.
2 Важно подчеркнуть: один набор физических событий, как их видят наблюдатели с разными состояниями движения. Не множественные события, характеризующиеся разным движением участников.
3 Здесь направление и величина должны быть идентифицированы как их внутренние значения. Не беспокойтесь об изменении компонентов, беспокойтесь только об изменении природы.
4 «В покое» и «равновесие», которые появляются здесь, используются исключительно для мотивации. Вы не должны читать никакого намека на то, что этот анализ применим только к вещам, находящимся в состоянии покоя в неинерциальной системе отсчета. Действительно, силы Кориолиса интересны только для этого. в движении в неинерциальной системе отсчета.
5 До сих пор я записывал центробежную силу в ее простейшей форме (определить направления было легко, потому что они просто «внутрь» или «наружу»). Для согласованности с тем, что следует, я использую
Книга твоей подруги неверна.
.... возникает из-за того, что масса объекта сопротивляется внутреннему центростремительному ускорению, которое испытывает объект"
Центробежная сила не связана с сопротивлением. Сопротивление ускорению называется «инерцией». Центробежная сила возникает только в неинерционной вращающейся системе отсчета.
Вот мое дополнение, чего оно стоит.
Представьте, что вы плывете в космосе в большой коробке (например, в лифте). Сначала вы и коробка просто плаваете. Вы можете перемещаться с любой стороны коробки на другую, вращаться и т. д. Нет ощущения верха или низа. В некоторый момент времени ящик начинает прямолинейно ускоряться в направлении, перпендикулярном одной из сторон ящика в точке (ускорение силы тяжести, которое мы все знаем и любим). Ускорение вызвано внешней силой, действующей на коробку, возможно, ракетой, прикрепленной к внешней стороне коробки. Эта сила реальна. Назовем ее «гравитационной» силой. Из-за этого ускорения вы чувствуете, как будто упали на одну из сторон ящика (одну из двух сторон, которые перпендикулярны направлению ускорения). Вы попали в бок. Вы замечаете, что застряли/привлечены к этой стороне. Вы пытаетесь двигаться и понимаете, что можете встать с той стороны. Теперь вы чувствуете, что испытываете гравитацию. Это не гравитация. Это фиктивная сила, возникающая из-за ускорения системы отсчета (коробки). Назовем ее «гравифугальной» силой. (Я только что придумал слово?). Это не реально. Вы не знаете, что ускоряетесь, и поэтому ошибочно принимаете это чувство за силу. Но вы можете измерить силу, потому что это сила, которая дает ощущение этого ускорения вашей системы отсчета.
Теперь вернемся к телу, совершающему круговое движение. Это одна и та же идея. Тело движется с ускорением к центру движения. Это ускорение происходит из-за натяжения струны, которая является центростремительной силой. Это реально. В струне есть напряжение. Объект не знает, что он ускоряется. Почему бы и нет? По той же причине людям потребовалось так много времени, чтобы понять, что Земля движется. С нашей точки зрения, мы неподвижны и можем видеть, как все остальное движется вокруг нас. Тело выполняет все свои расчеты, находясь в этой ускоряющейся системе отсчета. Он чувствует эффект ускорения системы отсчета, но ошибочно принимает его за силу, действующую на себя. Он называет это центробежной силой. Тело неверно истолковало физику. Этой силы не существует.
Нет такой вещи, как центробежная сила. Возьмем пример висящей цепи в гравитационном поле, стационарном в земной системе отсчета. Его ускорение из-за вращения Земли намного меньше, чем гравитационное ускорение Земли, поэтому давайте его проигнорируем. На нижнее звено действуют 2 силы: сила тяжести и равная и противоположная сила со стороны второго снизу звена. Теперь сила, с которой нижнее звено действует на второе снизу звено, равна и противоположна силе, с которой второе снизу звено действует на нижнее звено, и представляет собой вес звена, тянущего вниз. На второе снизу звено действует гравитационная сила, равная весу звена.
Теперь рассмотрим пример цепи в равномерно ускоряющейся невращающейся системе отсчета с ускорением в 1 g, например, ракета, ускоряющаяся в направлении от ее основания к ее вершине, как это обычно делают ракеты, где гравитация буквально чрезвычайно мала, например, в пространстве между галактиками. . Я просто констатирую результат, а потом объясню, почему это имеет смысл. Он будет висеть в направлении, противоположном ускорению, которое направлено к нижней части ракеты. Сила равна произведению массы на ускорение. Ближайшее к низу звено будет ускоряться с ускорением 1 г, что означает, что общая сила, действующая на него, равна весу звена. Единственная сила, действующая на звено, расположенное ближе к днищу ракеты, — это сила, действующая на него со вторым ближайшим к низу звена ракеты, которая представляет собой силу веса звена в направлении снизу вверх. ракеты. Ближайшее к основанию ракеты звено также ускоряется с ускорением 1 g, поэтому общая сила, действующая на него, должна быть равна весу звена в направлении от основания ракеты к вершине ракеты. По третьему закону Ньютона, поскольку второе ближнее к днищу звено ракеты действует на ближнее к низу звено в направлении снизу вверх с силой веса звена, ближайшее к низу звено должно оказывать на второе ближайшее к низу звено силу, равную весу звена в направлении сверху вниз.
Это делает вас неспособным различить пребывание в гравитационном поле без ускорения и пребывание в чем-то ускоряющемся в отсутствие гравитационного поля. Теперь рассмотрим пример цепи, висящей у края чего-то вращающегося в отсутствие гравитационного поля. Движение по кругу — это тип ускорения. Скорость может быть определена с точки зрения компонента положения. Точно так же ускорение также определяется с точки зрения компонента скорости. Я действительно думаю, что эксперимент показывает, что сила чрезвычайно близка к массе, умноженной на ускорение, используя это определение ускорения для скоростей, которые достаточно низки, чтобы релятивистские эффекты имели чрезвычайно низкий неизмеримый эффект. Иначе я бы узнал иное. Я' Иногда я подбрасывал яйцо в воздух, и сопротивление воздуха было слишком малым, чтобы я мог его обнаружить невооруженным глазом, и кажется, что оно равномерно ускоряется. Таким образом, в случае цепи, висящей во вращающейся системе отсчета, каждое звено движется по кругу и, следовательно, ускоряется, и единственные силы, действующие на него, - это силы, действующие на звенья по обе стороны от него. Я знаю, что ускорение неодинаково для каждого звена вращающегося объекта.
Согласно учебнику по физике, который у меня был для 12 класса, вы можете взять ускоряющийся объект в качестве системы отсчета и решить определить силу в этой системе отсчета как ускорение объекта в этой системе отсчета, деленное на массу этот объект в этой системе отсчета, поэтому, когда они описывают вещи с точки зрения вращающейся системы отсчета, вы можете сказать, что на объект в системе отсчета вращающегося объекта действует центробежная сила. Теперь, если вы подсчитаете, как будет двигаться объект, движущийся с постоянной скоростью, в системе отсчета неускоряющегося равномерно вращающегося против часовой стрелки объекта, что вы получите? Это' s ускорение в системе отсчета вращающегося объекта равно его расстоянию от центра, умноженному на квадрат угловой частоты в направлении от центра, плюс ускорение, равное удвоенной скорости во вращающейся системе отсчета на 90° по часовой стрелке от скорости в вращающаяся система отсчета. Компонент ускорения, который зависит от положения во вращающейся системе отсчета, называется центробежной силой, а компонент, зависящий от скорости во вращающейся системе отсчета, называется силой Кориолиса.
Центробежная сила действительно существует... очевидно, это та сила, которая заставляет центрифугу работать:
http://en.wikipedia.org/wiki/Центрифуга
Нельзя вращать объект в центрифуге без центробежной силы, верно? знак равно
Дилан
хдхондт
зло999человек
зло999человек
Гарип
Луан
Теодор Норвелл
Стивен
хадсед
птица
честный_vivere