ማዕከላዊ ኃይል - ችግሮች እና መፍትሄዎች

ማዕከላዊ ኃይል - ችግሮች እና መፍትሄዎች

1. 200 ግራም ኳስ፣ ከገመድ ጫፍ ጋር የተያያዘ፣ በ5 ራድ s ^-1 ማዕዘን ፍጥነት በአግድም ክብ ውስጥ ይሽከረከራል ። የገመዱ ርዝመት 60 ሴ.ሜ ከሆነ፣ የሴንትሪፔታል ኃይል ስንት ነው?

K ኖውን :

የእቃው ክብደት (ሜ) = 200 ግራም = 200/1000 ኪ.ግ = 2/10 ኪ.ግ = 0.2 ኪ.ግ

የማዕዘን ፍጥነት (ω) = 5 ራድ/ሰ

የገመድ ርዝመት = ራዲየስ (r) = 60 ሴሜ = 60/100 ሜትር = 0.6 ሜትር

የሚፈለግ ፡ ማዕከላዊ ኃይል

መፍትሔው

የሴንትሪፔታል ኃይል የሴንትሪፔታል ፍጥነትን የሚፈጥር ውጤት ያለው ኃይል ነው።

የሴንትሪፔታል ኃይል እኩልታ፡

∑F = ma _s

∑F = mv ² /r = m ω ² r

∑ ኤፍ = የሴንትሪፔታል ኃይል ፣ m = የነገር ክብደት ፣ v = መስመራዊ ፍጥነት ፣ ω = አንግል ፍጥነት ፣ r = ራዲየስ።

∑F = m ω ² r = (0.2) (5) ² (0.6) = (0.2) (25) (0.6) = 3 N

2. በገመድ ጫፍ ላይ የተገጠመ እና በተማሪ አግድም ክብ የሚሽከረከር ድንጋይ። የድንጋዩ የመጨረሻ ፍጥነት ከመጀመሪያው ፍጥነት 2 እጥፍ ከሆነ፣ የሴንትሪፔታል ኃይል ምንድነው?

የሚታወቅ፦

የድንጋይ ክብደት = m

የድንጋይ ፍጥነት = v

የገመድ ርዝመት = ራዲየስ = r

የሚፈለግ ፡ ማዕከላዊ ኃይል

መፍትሔው

3. የራዲየስ R ኩርባ መንገድ የተነደፈው በ10 ms ^{-1 ፍጥነት የሚጓዝ መኪና መዞሩን ደህንነቱ በተጠበቀ ሁኔታ እንዲደራደር ነው። በመኪና እና በመንገድ መካከል ያለው} የማይንቀሳቀስ ግጭት ኮፊሸንት = 0.5። ራዲየስ ስንት ነው? በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠረው ፍጥነት (g) = 10 ms ^-2 ።

የሚታወቅ፦

ፍጥነት (v) = 10 ሜ/ሰ

በመኪና እና በመንገድ መካከል ያለው የማይንቀሳቀስ ግጭት ኮፊሸንት (μs ₎ = 0.5

በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠር ፍጥነት (ግ) = 10 ሜ/ሰ ²

ተፈላጊ ፡ ራዲየስ

መፍትሔው

በአግድም አቅጣጫ ያለው ብቸኛው ኃይል የስታቲክ ግጭት ኃይል ነው። የስታቲክ ግጭት እኩልታ፡

4. በጎማ እና በመንገድ መካከል ያለው የማይንቀሳቀስ ግጭት ኮፊሸንት 0.4 ነው። በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠረው ፍጥነት 10 ሜ/ሰ ² ከሆነ ፣ መኪናው ከተጠማዘዘ መንገድ ሳይንሸራተት መዞር የሚችልበት ከፍተኛው ፍጥነት ስንት ነው።

የሚታወቅ፦

የማይንቀሳቀስ ግጭት ኮፊሸንት (μ)_s) = 0.4

በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠር ፍጥነት (ግ) = 10 ሜ/ሰ ²

የመንገዱ ራዲየስ (R) = 40 ሜትር

የሚፈለግ፦ ከፍተኛ ፍጥነት (v)

መፍትሔው

የኒውተን ሁለተኛ ህግ እኩልታ በአንድ ወጥ የሆነ የክብ እንቅስቃሴ፡

ΣF = ሴንትሪፔታል ኃይል = የተጣራ ኃይል ፣ m = m ass ፣ a _s = ሴንትሪፔታል ፍጥነት ፣ v = መስመራዊ ፍጥነት ፣ R = የመንገዱ ራዲየስ

ማዕከላዊ ኃይል

የሴንትሪፔታል ኃይል የሴንትሪፔታል ፍጥነትን የሚያመነጭ የተጣራ ኃይል ነው። በዚህ ሁኔታ የሴንትሪፔታል ኃይል የስታቲክ ግጭት ኃይል ነው።

የማይንቀሳቀስ ግጭት ኃይል እኩልታ፡

μ _s = የስታቲክ ግጭት ኮፊሸንት ፣ w = ክብደት ፣ m = ክብደት፣ g = በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠር ፍጥነት

ከፍተኛው ፍጥነት (v):

1. ሴንትሪፔታል ኃይል ምንድን ነው?
   • መልስ: ማዕከላዊ ኃይል ማለት በክብ መንገድ ላይ በሚንቀሳቀስ ነገር ላይ የሚሠራ ኃይል ሲሆን ወደ ክብ ወይም መንገድ መሃል አቅጣጫ የሚመራ ነው። ነገሩን በክብ እንቅስቃሴው ውስጥ ለማቆየት ኃላፊነት አለበት።
2. የሴንትሪፔታል ኃይል ከሴንትሪፉጋል ኃይል የሚለየው እንዴት ነው?
   • መልስ: ማዕከላዊ ኃይል በአንድ ነገር ላይ የሚንቀሳቀስ እውነተኛ ኃይል ሲሆን በክብ መንገድ ላይ እንዲንቀሳቀስ ያደርጋል። በሌላ በኩል ደግሞ ማዕከላዊ ኃይል አንድን ነገር ከሚሽከረከር የማጣቀሻ ፍሬም ሲታይ ከክበብ መሃል የሚያርቅ የሚመስል ኃይል ነው። ማዕከላዊ ኃይል ብዙውን ጊዜ “ልብ ወለድ” ወይም “ውሸት” ኃይል ይባላል።
3. በሚሽከረከር ነገር ላይ ያለው ማዕከላዊ ኃይል በድንገት ከተወገደ ምን ይሆናል?
   • መልስ: በሚሽከረከር ነገር ላይ ያለው ማዕከላዊ ኃይል በድንገት ከተወገደ፣ የኒውተንን የመጀመሪያ የእንቅስቃሴ ህግ ተከትሎ፣ ኃይሉ በተወገደበት ቦታ ላይ ባለው ክብ መንገድ ላይ ባለው ነገር ላይ ቀጥ ያለ መስመር ታንጀንት ሆኖ ይንቀሳቀሳል።
4. የሚፈለገው የሴንትሪፔታል ኃይል ከክብ መንገዱ ራዲየስ ጋር ለቋሚ ፍጥነት እንዴት ይለወጣል?
   • መልስ: የሚፈለገው የሴንትሪፔታል ኃይል ከክብ መንገዱ ራዲየስ ጋር በተገላቢጦሽ ተመጣጣኝ ነው። ፍጥነቱ ቋሚ ሆኖ ከቀጠለ ግን ራዲየስ ከጨመረ የሚፈለገው የሴንትሪፔታል ኃይል ይቀንሳል፣ እና በተቃራኒው።
5. የአንድ ነገር የክብ እንቅስቃሴ ፍጥነት በእጥፍ የሚጨምር ከሆነ የሴንትሪፔታል ኃይል እንዴት ይለወጣል?
   • መልስ: የሴንትሪፔታል ኃይል በቀጥታ ከነገሩ ፍጥነት ካሬ ጋር ተመጣጣኝ ነው። ስለዚህ፣ ፍጥነቱ በእጥፍ ከተጨመረ፣ የሚፈለገው የሴንትሪፔታል ኃይል በአራት እጥፍ ይጨምራል።
6. የስበት ኃይል እንደ ማዕከላዊ ኃይል ሆኖ ሊያገለግል ይችላል?
   • መልስ: አዎ፣ የስበት ኃይል እንደ ማዕከላዊ ኃይል ሆኖ ሊያገለግል ይችላል። ዋነኛው ምሳሌ በምድር እና በጨረቃ መካከል ያለው የስበት ኃይል ሲሆን ይህም ጨረቃ በምድር ዙሪያ እንድትዞር ያደርጋታል።
7. በመኪና ውስጥ ሹል በሆነ መንገድ ሲዞሩ ወደ ጎን የሚገፋፉት ለምንድን ነው?
   • መልስ: አንድ መኪና ስለታም ሲዞር፣ የሴንትሪፔታል ኃይሉ ወደ መዞሪያው መሃል ይሄዳል፣ ይህም መኪናውን በክብ መንገዱ ላይ ያቆየዋል። ሆኖም፣ ሰውነትዎ በንዝረት ምክንያት ቀጥ ባለ መስመር ይቀጥላል። የሚሰማዎት ይህ ውጫዊ ግፊት ለሴንትሪፔታል ኃይሉ ምላሽ ሲሆን ብዙውን ጊዜ እንደ “ሴንትሪፉጋል ኃይሉ” ይሳሳታል።
8. የአንድ ነገር ክብደት በቋሚ ፍጥነት ለክብ እንቅስቃሴ የሚያስፈልገውን ማዕከላዊ ኃይል እንዴት ይነካዋል?
   • መልስ: የሚፈለገው የሴንትሪፔታል ኃይል በቀጥታ ከዕቃው ክብደት ጋር ተመጣጣኝ ነው። የነገሩ ክብደት በእጥፍ የሚጨምር ከሆነ፣ የሚፈለገው የሴንትሪፔታል ኃይልም በእጥፍ ይጨምራል፣ ምክንያቱም ፍጥነቱ እና ራዲየሱ ቋሚ ሆነው ይቆያሉ።
9. መኪና ሲዞር ግጭት በሴንትሪፔታል ኃይል ውስጥ ምን ሚና ይጫወታል?
   • መልስ: መኪና ሲዞር፣ መኪናውን በተጠማዘዘ መንገድ ላይ ለማቆየት የሚያስፈልገውን ማዕከላዊ ኃይል የሚያቀርበው በጎማዎቹ እና በመንገዱ መካከል ያለው የግጭት ኃይል ነው። ግጭት ባይኖር ኖሮ (ለምሳሌ፣ በበረዶ መንገድ ላይ) መኪናው መዞር ስለማይችል ወደ ውጭ ይንሸራተታል።
10. በክር ውስጥ ውጥረት እንደ ማዕከላዊ ኃይል ሆኖ ሊያገለግል ይችላል?

• መልስ: አዎ፣ በክር ወይም በገመድ ውስጥ ያለ ውጥረት እንደ ማዕከላዊ ኃይል ሆኖ ሊያገለግል ይችላል። ለምሳሌ፣ አንድ ነገር በክር በመጠቀም በክብ መንገድ ሲሽከረከር፣ በክር ውስጥ ያለው ውጥረት ዕቃው በክበቡ ውስጥ እንዲንቀሳቀስ አስፈላጊውን ማዕከላዊ ኃይል ይሰጣል።