ວັດສະດຸແຮງສູນກາງ ແລະ ແຮງສູນກາງ

ວັດສະດຸແຮງສູນກາງ ແລະ ແຮງສູນກາງ

ໃນຟີຊິກສາດ, ແຮງສູນກາງ ແລະ ແຮງສູນກາງແມ່ນສອງແນວຄວາມຄິດທີ່ມັກເກີດຂຶ້ນເມື່ອສົນທະນາກ່ຽວກັບການເຄື່ອນທີ່ຂອງວັດຖຸໃນວົງມົນ ຫຼື ເສັ້ນທາງໂຄ້ງ. ແຮງເຫຼົ່ານີ້ມີບົດບາດສຳຄັນໃນການເຂົ້າໃຈການເຄື່ອນໄຫວຂອງການໝູນວຽນ ແລະ ການເຄື່ອນທີ່ວົງມົນໃນລະບົບທາງກາຍະພາບທີ່ຫຼາກຫຼາຍ, ຕັ້ງແຕ່ການຂີ່ລົດໃນສວນສະໜຸກຈົນເຖິງຂະບວນການໂຄຈອນໃນອະວະກາດ. ບົດຄວາມນີ້ສຳຫຼວດຄວາມເລິກກ່ຽວກັບແຮງສູນກາງ ແລະ ແຮງສູນກາງ, ລວມທັງຄຳນິຍາມຂອງມັນ, ກົດໝາຍພື້ນຖານ, ຕົວຢ່າງການນຳໃຊ້, ແລະ ຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງສອງຢ່າງນີ້.

1. ຄຳນິຍາມຂອງແຮງສູນກາງ

ແຮງສູນກາງແມ່ນແຮງທີ່ຕ້ອງການເພື່ອເຮັດໃຫ້ວັດຖຸເຄື່ອນທີ່ໃນເສັ້ນທາງວົງມົນ. ຄຳວ່າ "centripetal" ມາຈາກພາສາລາແຕັງ "centri-" ຊຶ່ງໝາຍເຖິງຈຸດໃຈກາງ ແລະ "-petal" ຊຶ່ງໝາຍເຖິງໄປທາງ. ດັ່ງນັ້ນ, ແຮງນີ້ຈຶ່ງຊີ້ໄປທາງຈຸດໃຈກາງຂອງວົງມົນ ຫຼື ເສັ້ນທາງໂຄ້ງທີ່ວັດຖຸຕາມມາສະເໝີ.

ໃນທາງຄະນິດສາດ, ແຮງສູນກາງ \( F_{c} \) ສາມາດສະແດງອອກໄດ້ດັ່ງນີ້:

\[ F_{c} = \frac{mv^2}{r} \]

ຢູ່ໃສ:
–\(m\) ແມ່ນ ມວນສານຂອງວັດຖຸ.
-\( v\) ແມ່ນຄວາມໄວເສັ້ນຊື່ຂອງວັດຖຸ.
-\( r\) ແມ່ນລັດສະໝີຂອງເສັ້ນທາງວົງມົນ.

ແຮງນີ້ສາມາດເກີດຂື້ນຈາກການດຶງເຊືອກ, ແຮງໂນ້ມຖ່ວງ, ແຮງໄຟຟ້າ, ຫຼື ແຮງອື່ນໆໃນສະພາບການທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.

ການນຳໃຊ້ກຳລັງສູນກາງ

1. ການເຄື່ອນທີ່ຂອງດາວທຽມ ແລະ ດາວເຄາະ:
ດາວທຽມທີ່ໂຄຈອນຮອບໂລກ ຫຼື ດາວເຄາະທີ່ໂຄຈອນຮອບດວງອາທິດ ຈະປະສົບກັບແຮງໂນ້ມຖ່ວງທີ່ເຮັດໜ້າທີ່ເປັນແຮງສູນກາງ, ເຮັດໃຫ້ພວກມັນຢູ່ໃນວົງໂຄຈອນຂອງພວກມັນ.

2. ພາຫະນະຢູ່ທາງໂຄ້ງ:
ເມື່ອລົດລ້ຽວ, ແຮງສຽດທານລະຫວ່າງຢາງລົດ ແລະ ຖະໜົນຈະເຮັດໜ້າທີ່ເປັນແຮງສູນກາງທີ່ເຮັດໃຫ້ລົດຢູ່ໃນເສັ້ນທາງວົງມົນ.

3. ເຄື່ອງຫຼິ້ນໂຢໂຢ່:
ເມື່ອໂຢໂຢຖືກໝຸນ, ເຊືອກຈະອອກແຮງຈາກຈຸດສູນກາງທີ່ເຮັດໃຫ້ໂຢໂຢເຄື່ອນທີ່ເປັນວົງມົນ.

2. ຄຳນິຍາມຂອງແຮງໜີສູນກາງ

ບໍ່ເຫມືອນກັບແຮງສູນກາງຕົວຈິງທີ່ຕ້ອງການເພື່ອສ້າງການເຄື່ອນທີ່ເປັນວົງມົນ, ແຮງສູນກາງແມ່ນແຮງທີ່ເຫັນໄດ້ຊັດເຈນໂດຍວັດຖຸພາຍໃນກອບອ້າງອີງທີ່ໝູນວຽນ. ຄຳວ່າ "centrifugal" ມາຈາກພາສາລາແຕັງ "centri-" ຊຶ່ງໝາຍເຖິງຈຸດໃຈກາງ ແລະ "-fugal" ຊຶ່ງໝາຍເຖິງອອກໄປ. ດັ່ງນັ້ນ, ແຮງນີ້ເບິ່ງຄືວ່າຊີ້ອອກຈາກຈຸດໃຈກາງຂອງການໝູນ.

ໃນລະບົບອ້າງອີງທີ່ໝູນວຽນ, ແຮງໜີສູນກາງເກີດຂຶ້ນຍ້ອນຄວາມเฉื่อยຂອງວັດຖຸ - ແນວໂນ້ມຂອງວັດຖຸທີ່ຈະຮັກສາການເຄື່ອນທີ່ເປັນເສັ້ນຊື່. ໃນທາງຄະນິດສາດ, ແຮງນີ້ສາມາດຂຽນໄດ້ດັ່ງນີ້:

\[ F_{\text{cf}} = \frac{mv^2}{r} \]

ຄ້າຍຄືກັບແຮງສູນກາງແຕ່ທິດທາງຂອງແຮງສູນກາງແມ່ນກົງກັນຂ້າມ - ຫ່າງຈາກຈຸດໃຈກາງຂອງເສັ້ນທາງວົງມົນ.

ປະກົດການແຮງ centrifugal ແລະຕົວຢ່າງ

1. ປັ່ນເສື້ອຜ້າໃນເຄື່ອງຊັກຜ້າ:
ໃນເຄື່ອງຊັກຜ້າ, ເສື້ອຜ້າທີ່ຖືກປັ່ນຈະປະສົບກັບແຮງໜີສູນກາງເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ນໍ້າຖືກຍູ້ອອກທາງຮູໃນຖັງ.

2. ຄວາມຮູ້ສຶກຖືກແກວ່ງໃນຂະນະທີ່ຂີ່ລົດ:
ຜູ້ໂດຍສານໃນເຄື່ອງຫຼີ້ນທີ່ໝຸນວຽນຮູ້ສຶກຄືກັບວ່າເຂົາເຈົ້າຖືກຍູ້ອອກໄປທາງນອກ, ນີ້ແມ່ນຜົນກະທົບຂອງແຮງໜີສູນກາງ.

3. ຄົນຂັບລົດໃນລົດທີ່ກຳລັງລ້ຽວ:
ເມື່ອລົດລ້ຽວ, ຜູ້ໂດຍສານໃນລົດມັກຈະຮູ້ສຶກວ່າຖືກຍູ້ໄປໃນທິດທາງກົງກັນຂ້າມກັບການລ້ຽວຂອງລົດ, ນີ້ແມ່ນຜົນກະທົບຂອງແຮງໜີສູນກາງຈາກມຸມມອງຂອງຜູ້ໂດຍສານ.

3. ກົດເກນການເຄື່ອນທີ່ ແລະ ແຮງສູນກາງຂອງນິວຕັນ

ແຮງສູນກາງມີຄວາມກ່ຽວຂ້ອງຢ່າງໃກ້ຊິດກັບກົດການເຄື່ອນທີ່ຂໍ້ສອງຂອງນິວຕັນ, ເຊິ່ງກ່າວວ່າຄວາມເລັ່ງຂອງວັດຖຸແມ່ນສັດສ່ວນໂດຍກົງກັບແຮງທີ່ກະທຳຕໍ່ມັນ ແລະ ສັດສ່ວນກົງກັນຂ້າມກັບມວນສານຂອງມັນ. ສະນັ້ນ ສຳລັບວັດຖຸທີ່ເຄື່ອນທີ່ໃນເສັ້ນທາງວົງມົນ, ຄວາມເລັ່ງສູນກາງ \( a_{c} \) ສາມາດສະແດງໄດ້ດັ່ງນີ້:

\[ a_{c} = \frac{v^2}{r} \]

ແຮງສູນກາງ \(F_{c} \) ຕ້ອງເປັນສັດສ່ວນກັບ ແລະ ໃນທິດທາງດຽວກັນກັບຄວາມເລັ່ງ. ນີ້ແມ່ນພື້ນຖານສຳລັບການຄິດໄລ່ ແລະ ການຄາດຄະເນການເຄື່ອນທີ່ຂອງວົງມົນຫຼາຍຢ່າງໃນຟີຊິກ.

4. ແນວຄວາມຄິດຂອງແຮງໜີສູນກາງໃນມຸມມອງຂອງກອບອ້າງອີງໝູນວຽນ

ໃນກອບອ້າງອີງທີ່ໝູນວຽນ, ຄວາມเฉื่อยຂອງວັດຖຸເຮັດໃຫ້ແຮງໜີສູນກາງເບິ່ງຄືວ່າ "ແທ້" ສຳລັບຜູ້ສັງເກດການໃນລະບົບນັ້ນ. ຕົວຢ່າງ, ຖ້າທ່ານຢູ່ເທິງລົດໄຟທີ່ກຳລັງຫັນ, ລົດໄຟຈະຖືກພິຈາລະນາວ່າເປັນກອບອ້າງອີງທີ່ບໍ່ແມ່ນຄວາມเฉื่อย. ຢູ່ທີ່ນັ້ນ, ທ່ານຈະຮູ້ສຶກວ່າແຮງໜີສູນກາງຍູ້ທ່ານອອກຈາກຈຸດໃຈກາງຂອງລາງ, ເຖິງແມ່ນວ່າຈະບໍ່ມີແຮງຕົວຈິງທີ່ກະທຳໃນທິດທາງນັ້ນກໍຕາມ.

ສົມຜົນສຳລັບແຮງນີ້ແມ່ນຄືກັນກັບແຮງສູນກາງແຕ່ໃນທິດທາງກົງກັນຂ້າມ:

\[ F_{\text{cf}} = -F_{c} \]

ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ມັນເປັນສິ່ງສຳຄັນທີ່ຕ້ອງຈື່ໄວ້ວ່າແຮງໜີສູນກາງແມ່ນພຽງແຕ່ແຮງທີ່ເຫັນໄດ້ຊັດເຈນທີ່ເກີດຂື້ນຍ້ອນການປ່ຽນແປງໃນກອບອ້າງອີງເທົ່ານັ້ນ, ບໍ່ແມ່ນແຮງທາງກາຍະພາບທີ່ແທ້ຈິງເຊັ່ນແຮງສູນກາງ.

5. ການປຽບທຽບ ແລະ ສະຫຼຸບ

ເຖິງແມ່ນວ່າແຮງສູນກາງ ແລະ ແຮງສູນກາງມັກຈະຖືກປຶກສາຫາລືຮ່ວມກັນ, ແຕ່ພວກມັນແມ່ນແນວຄວາມຄິດທີ່ແຕກຕ່າງກັນໃນການເຄື່ອນໄຫວຂອງວົງມົນ. ແຮງສູນກາງແມ່ນມີຢູ່ຈິງ ແລະ ຈຳເປັນເພື່ອຮັກສາວັດຖຸໃຫ້ຢູ່ໃນເສັ້ນທາງວົງມົນ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ແຮງສູນກາງແມ່ນແຮງປອມທີ່ປະກົດຂຶ້ນຈາກກອບອ້າງອີງທີ່ໝູນວຽນເທົ່ານັ້ນ ແລະ ບໍ່ໄດ້ກະທຳຕໍ່ວັດຖຸຈາກທັດສະນະຂອງຟີຊິກຄລາສສິກ.

ການເຂົ້າໃຈສອງກຳລັງເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍໃນການນຳໃຊ້ທີ່ຫຼາກຫຼາຍ, ທັງໃນຊີວິດປະຈຳວັນ ແລະ ໃນເຕັກໂນໂລຊີ ແລະ ວິທະຍາສາດ. ຍານພາຫະນະທີ່ໝູນວຽນ, ເຄື່ອງຫຼິ້ນໃນສວນສະໜຸກ, ແລະ ແມ່ນແຕ່ວົງໂຄຈອນຂອງດາວເຄາະ ລ້ວນແຕ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການວິເຄາະແຮງສູນກາງ ແລະ ແຮງສູນກາງເພື່ອຮັບປະກັນຄວາມປອດໄພ ແລະ ປະສິດທິພາບ.

ຄວາມເຂົ້າໃຈທີ່ດີກ່ຽວກັບແຮງເຫຼົ່ານີ້ຊ່ວຍໃຫ້ພວກເຮົາສາມາດອອກແບບລະບົບທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການເຄື່ອນທີ່ຂອງວົງມົນໄດ້ດີຂຶ້ນ ແລະ ເຂົ້າໃຈປະກົດການທຳມະຊາດທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບພວກມັນ. ສິ່ງນີ້ສະໜອງພື້ນຖານທີ່ສຳຄັນສຳລັບວິສະວະກຳ, ດາລາສາດ ແລະ ສາຂາວິຊາວິທະຍາສາດອື່ນໆອີກຫຼາຍຢ່າງ.