Центробежная сила

Во вращающейся системе отсчета наблюдатель испытывает на себе действие силы, уводящей его от оси вращения.

Вам, наверное, доводилось испытывать неприятные ощущения, когда машина, в которой вы едете, входила в крутой вираж. Казалось, что сейчас вас так и выбросит на обочину. И если вспомнить законы механики Ньютона, то получается, что раз вас буквально вдавливало в дверцу, значит на вас действовала некая сила. Ее обычно называют «центробежная сила». Именно из-за центробежной силы так захватывает дух на крутых поворотах, когда эта сила прижимает вас к бортику автомобиля. (Между прочим, этот термин, происходящий от латинских слов centrum («центр») и fugus («бег»), ввел в научный обиход в 1689 году Исаак Ньютон.)

Стороннему наблюдателю, однако, всё будет представляться иначе. Когда машина закладывает вираж, наблюдатель сочтет, что вы просто продолжаете прямолинейное движение, как это и делало бы любое тело, на которое не оказывает действия никакая внешняя сила; а автомобиль отклоняется от прямолинейной траектории. Такому наблюдателю покажется, что это не вас прижимает к дверце машины, а, наоборот, дверца машины начинает давить на вас.

Впрочем, никаких противоречий между этими двумя точками зрения нет. В обеих системах отсчета события описываются одинаково и для этого описания используются одни и те же уравнения. Единственным отличием будет интерпретация происходящего внешним и внутренним наблюдателем. В этом смысле центробежная сила напоминает силу Кориолиса (см. Эффект Кориолиса), которая также действует во вращающихся системах отсчета.

Поскольку не все наблюдатели видят действие этой силы, физики часто называют центробежную силу фиктивной силой или псевдосилой. Однако мне кажется, что такая интерпретация может вводить в заблуждение. В конце концов, едва ли можно назвать фиктивной силу, которая ощутимо придавливает вас к дверце автомобиля. Просто всё дело в том, что, продолжая двигаться по инерции, ваше тело стремится сохранить прямолинейное направление движения, в то время как автомобиль от него уклоняется и из-за этого давит на вас.

Чтобы проиллюстрировать эквивалентность двух описаний центробежной силы, давайте немного поупражняемся в математике. Тело, движущееся с постоянной скоростью по окружности, движется с ускорением, поскольку оно всё время меняет направление. Это ускорение равно v2/r, где v — скорость, а r — радиус окружности. Соответственно, наблюдатель, находящийся в движущейся по окружности системе отсчета, будет испытывать центробежную силу, равную mv2/r.

Теперь обобщим сказанное: любое тело, движущееся по криволинейной траектории, — будь то пассажир в машине на вираже, мяч на веревочке, который вы раскручиваете над головой, или Земля на орбите вокруг Солнца — испытывает на себе действие силы, которая обусловлена давлением дверцы автомобиля, натяжением веревки или гравитационным притяжением Солнца. Назовем эту силу F. С точки зрения того, кто находится во вращающейся системе отсчета, тело не движется. Это означает, что внутренняя сила F уравновешивается внешней центробежной силой:

    F = mv2/r

Однако с точки зрения наблюдателя, находящегося вне вращающейся системы отсчета, тело (вы, мяч, Земля) движется равноускоренно под воздействием внешней силы. Согласно второму закону механики Ньютона, отношение между силой и ускорением в этом случае F = ma. Подставив в это уравнение формулу ускорения для тела, движущегося по окружности, получим:

    F = ma = mv2/r

Но тем самым мы получили в точности уравнение для наблюдателя, находящегося во вращающейся системе отсчета. Значит, оба наблюдателя приходят к идентичным результатам относительно величины действующей силы, хотя и исходят из разных предпосылок.

Это очень важная иллюстрация того, что представляет собою механика как наука. Наблюдатели, находящиеся в различных системах отсчета, могут описывать происходящие явления совершенно по-разному. Однако, сколь бы принципиальными ни были различия в подходах к описанию наблюдаемых ими явлений, уравнения, их описывающие, окажутся идентичными. А это — не что иное, как принцип инвариантности законов природы, лежащий в основе теории относительности.


7
Показать комментарии (7)
Свернуть комментарии (7)

  • Сергей_Плетнев  | 09.02.2009 | 07:19 Ответить
    Правильное название "центробежной силы" - центробежная сила инерции
    Ответить
  • logoped99  | 05.05.2010 | 10:45 Ответить
    Мне интересна Ваше мнение по поводу следующего примера:

    Представте такую геометрическую фигуру:
    наружная сторона - цилиндр, внутренняя сторона - конус.

    Все это приводится во вращение (частота оборотов большая, но скорость воздуха на поверхности конуса не превышает скорость звука, чем можем пренебречь сжатие воздуха).

    Вопрос:
    Будет ли создана подъемная сила?
    Насколько значительной будет сила?

    P.S. По моим расчетам такое приспособление должно поднятся в воздух и сила достаточно внушительная при малых затратах энергии, но мне сказали, что КПД такого прибора будет низким, в результате чего достичь желаемого эффекта будет невозможно.
    Ответить
    • aokoreisha > logoped99 | 06.09.2010 | 12:30 Ответить
      К
      Ответить
      • vova10 > aokoreisha | 02.08.2013 | 08:20 Ответить
        Моя гипотеза: " Атомарного (квантового) движения очень похожа на Вашу теорию.
        Мой адрес только для Вас:
        reznikov_51@yahoo.com
        Ответить
  • aokoreisha  | 06.09.2010 | 12:26 Ответить
    К сожалению, здесь проявилась современная тенденция профанировать понятие силы инерции с точки зрения законов Ньютона. Во втором законе Ньютона никаких сил инерции нет. ЕЕ вводят искусственно согласно принципу Даламбера в ускоренных системах отсчета.Даллее я излагаю причину профанации.
    Ложный механизм Хиггса.
    Согласно тексту механизм инерции частиц состоит в том, что все пространство заполнено частицами Хиггса, которые по разному взаимодействуют с разными частицами. Это просто неверный механизм объяснения величины массы частиц и тел аналогом сил трения. Принцип инерции Галилея, подтвержденный массой опытов этому решительно противоречит
    Ядром понятия массы является проявление свойств массы посредством сил инерции.
    Если бы этот механизм Хиггса был верен, то силы инерции появлялись бы при равномерном движении тел. А они появляются только при ускоренном движении частиц и тел. Это самое важное свойство зафиксировано в уравнения Ньютона.
    Моя теория сил инерции (1978-79 года) состоит в том, что силы инерции и масса частиц и тел есть результат взаимодействия с собственным гравитационным полем. Другими словами, поскольку силы инерции равны или почти равны внешним силам, то это означает, что сила взаимодействия тела с собственным гравитационным полем аномально велика в десять в пятьдесятой степени больше, чем это диктует современная физика. Ускоряясь, тело смещается относительно собственного гравитационного поля и возникает упругая сила со стороны собственного гравитационного поля, уравновешивающая внешнюю силу. После этого гравитационное поле релаксирует, то есть восстанавливает свою форму, а затем опять срабатывает механизм смещения тела относительно собственного гравитационного поля, то есть процесс ускорения тела под воздействием внешней силы есть процесс колебательный. А это значит, что существует аномально большое гравитационное излучение, пока что неизвестной природы. Я предполагаю, что гравитационная волна не поперечная, а продольная и это объясняет, почему мы не можем его зафиксировать, когда мы имеем дело с макротелами. А с микрочастицами мы это прекрасно наблюдаем. Я получил, на основании этого Обобщение уравнения движения Ньютона и это уравнение наносит решительный удар по релятивизму и квантовой механике, поскольку оно содержит в себе свойства этих теорий, без релятивистской идеологии.
    Поэтому релятивисты с 1978 го года блокируют публикацию моего открытия и пытаются его попросту перелицевать гравитационное поле под частицы Хиггса, поскольку я на простом, но фундаментальном, примере доказал, что силы инерции существуют в любых системах отсчета, что наносит смертельный удар по всей релятивистско-квантовой идеологии. Но гравитационное поле никакие мошенники не смогут отменить, как и мое открытие, заверенное в соответствующее время у государственного нотариуса. Эта самая серьезная интрига, продолжающаяся с 1978-79 годов. Они нанесли страшный удар по цивилизации своим мракобесием. Я имею ввиду физиков, которые писали псевдорецензии после 1978-79 года и не публиковали статьи даже в популярных журналах.
    Ответить
    • head_56 > aokoreisha | 03.02.2011 | 06:55 Ответить
      Примите мои глубокие соболезнования! НЕТ у Вас ни какого открытия!
      Для того чтобы делать такого рода открытия, опираясь на недоказанные явления! ( в Вашем случае это поле гравитации создаваемое элементарными частицами ) Для начала я спрошу следующее:- " А почему Вы уверены в том, что существует ПОЛЕ ГРАВИТАЦИИ????!!! Ведь его ещё никто не обнаружил!!! О каком открытии может идти речь?! Вы тогда для начала откройте поле гравитации как таковое, а уж потом под него подводите базу.... а так как Вы рассуждаете, так Вы ни чем не отличаетесь от тех РЕЛЯТИВИСТОВ, которые Вас же и не признают!!!
      Ответить
    • KunkTator > aokoreisha | 03.11.2016 | 05:55 Ответить
      Где в сети можно познакомиться с Вашими рассмотрениями? У меня тоже много вопросов к популярным ноне теориям. Ваш подход, с моей точки зрения, заслуживает внимания, как минимум по тому, что апеллирует к явно очевидным вещам. Если только я правильно понял Ваш ход мыслей.
      Ответить
Написать комментарий
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»