วิธีการคำนวณแรงเหวี่ยง

เนื้อหา

• ไม่มีสิ่งเร่งความเร็วแบบแรงเหวี่ยง
• เคล็ดลับ
• สรุปอย่างรวดเร็ว
• การคำนวณอัตราเร่งและแรงสู่ศูนย์กลาง
• เหตุใดจึงไม่มีแรงเหวี่ยง
• เครื่องคำนวณแรงเหวี่ยงทำอะไรจริงๆ

คุณอาจเคยประสบกับการขับรถบนทางหลวงเมื่อทันใดนั้นถนนที่โค้งซ้ายและรู้สึกเหมือนถูกผลักออกไปทางขวาในทิศทางตรงกันข้ามของโค้ง นี่เป็นตัวอย่างทั่วไปของสิ่งที่หลายคนคิดและเรียกว่า "แรงเหวี่ยง" "แรง" นี้เรียกว่าแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง (centrifugal force) แต่ในความเป็นจริงไม่มีสิ่งนั้น!

ไม่มีสิ่งเร่งความเร็วแบบแรงเหวี่ยง

วัตถุที่เคลื่อนที่ในลักษณะเป็นวงกลมจะได้รับแรงที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่เป็นวงกลมอย่างสมบูรณ์แบบหมายถึงผลรวมของแรงที่พุ่งเข้าหาจุดศูนย์กลาง แรงเดี่ยวเช่นแรงตึงในสายเป็นตัวอย่างของแรงสู่ศูนย์กลาง แต่แรงอื่นสามารถเติมบทบาทนี้ได้เช่นกัน ความตึงเครียดในสายทำให้แรงสู่ศูนย์กลางซึ่งทำให้เกิดการเคลื่อนที่เป็นวงกลมสม่ำเสมอ มีแนวโน้มว่านี่คือสิ่งที่คุณต้องการคำนวณ

ก่อนอื่นให้เราพิจารณาว่าการเร่งด้วยศูนย์กลางคืออะไรและคำนวณอย่างไรเช่นเดียวกับการคำนวณแรงสู่ศูนย์กลาง จากนั้นเราจะสามารถเข้าใจได้ว่าทำไมไม่มีแรงเหวี่ยง

เคล็ดลับ

สรุปอย่างรวดเร็ว

เพื่อให้เข้าใจถึงแรงสู่ศูนย์กลางและความเร่งมันอาจจะเป็นประโยชน์ในการจดจำคำศัพท์ ประการแรกความเร็วเป็นเวกเตอร์ที่อธิบายความเร็วและทิศทางของการเคลื่อนไหวสำหรับวัตถุ ถัดไปหากความเร็วเปลี่ยนแปลงหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งว่าความเร็วหรือทิศทางของวัตถุนั้นเปลี่ยนแปลงไปตามฟังก์ชั่นของเวลามันก็มีความเร่งเช่นกัน

กรณีเฉพาะของการเคลื่อนที่สองมิติคือการเคลื่อนที่แบบวงกลมที่สม่ำเสมอซึ่งวัตถุกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเชิงมุมคงที่รอบ ๆ จุดศูนย์กลางที่อยู่นิ่ง

สังเกตว่าเราบอกว่าวัตถุนั้นมีค่าคงที่ ความเร็ว, แต่ไม่ ความเร็วเนื่องจากวัตถุนั้นเปลี่ยนทิศทางอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นวัตถุจึงมีองค์ประกอบของการเร่งความเร็วสองส่วน: การเร่งวงสัมผัสซึ่งขนานกับทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุและการเร่งความเร็วของศูนย์กลางซึ่งตั้งฉาก

หากการเคลื่อนที่สม่ำเสมอขนาดของความเร่งแทนเจนต์เป็นศูนย์และความเร่งศูนย์กลางมีขนาดคงที่และไม่เป็นศูนย์ แรง (หรือแรง) ที่ก่อให้เกิดการเร่งความเร็วของศูนย์กลางคือแรงสู่ศูนย์กลางซึ่งชี้ไปยังจุดศูนย์กลางด้วย

แรงนี้จากความหมายของกรีก“ การค้นหาจุดศูนย์กลาง” มีหน้าที่ในการหมุนของวัตถุในเส้นทางวงกลมที่สม่ำเสมอรอบ ๆ จุดศูนย์กลาง

การคำนวณอัตราเร่งและแรงสู่ศูนย์กลาง

การเร่งความเร็วศูนย์กลางของวัตถุได้รับจาก = โวลต์²/ Rที่ไหน โวลต์ คือความเร็วของวัตถุและ R คือรัศมีที่หมุน อย่างไรก็ตามปรากฎว่าปริมาณ F = แม่ = mv²/ R ไม่ใช่แรงจริงๆ แต่สามารถใช้เพื่อช่วยให้คุณเกี่ยวข้องกับแรงหรือแรงที่ก่อให้เกิดการเคลื่อนที่แบบวงกลมไปสู่การเร่งความเร็วของศูนย์กลาง

เหตุใดจึงไม่มีแรงเหวี่ยง

สมมติว่ามีสิ่งเช่นแรงเหวี่ยงหรือแรงที่เท่ากันและตรงข้ามกับแรงสู่ศูนย์กลาง หากเป็นเช่นนั้นทั้งสองกำลังจะยกเลิกซึ่งกันและกันหมายความว่าวัตถุจะไม่เคลื่อนที่ในเส้นทางวงกลม กองกำลังอื่น ๆ ที่มีอยู่ในปัจจุบันอาจผลักวัตถุในทิศทางอื่นหรือเป็นเส้นตรง แต่ถ้ามีแรงเหวี่ยงเท่ากันและตรงข้ามเสมอจะไม่มีการเคลื่อนที่แบบวงกลม

แล้วความรู้สึกที่คุณรู้สึกเมื่อคุณโค้งไปบนถนนและในตัวอย่างแรงเหวี่ยงอื่น ๆ คืออะไร? "แรง" นี้เป็นผลมาจากความเฉื่อย: ร่างกายของคุณเคลื่อนไหวเป็นเส้นตรงและรถดันคุณไปรอบ ๆ โค้งดังนั้นมันรู้สึกเหมือนกับว่าเราถูกกดลงไปในรถในทิศทางตรงกันข้ามกับโค้ง

เครื่องคำนวณแรงเหวี่ยงทำอะไรจริงๆ

เครื่องคิดเลขแรงเหวี่ยงโดยทั่วไปจะใช้สูตรสำหรับการเร่งความเร็วของศูนย์กลาง (ซึ่งอธิบายปรากฏการณ์จริง) และกลับทิศทางของแรงที่จะอธิบายแรงเหวี่ยงแรงเหวี่ยงชัดเจน ในกรณีส่วนใหญ่ไม่จำเป็นต้องทำเช่นนี้เพราะมันไม่ได้อธิบายความเป็นจริงของสถานการณ์ทางกายภาพเพียง แต่สถานการณ์ที่ชัดเจนในกรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อย (i, e. จากมุมมองของคนในรถเลี้ยว)