Podsumowanie

Siła odśrodkowa i siła Coriolisa istnieją tylko w obracającym się układzie odniesienia i ich celem jest „sprawienie, aby mechanika Newtona działała” w takim odniesieniu.

Więc Twój nauczyciel ma rację ; zgodnie z mechaniką Newtona siła odśrodkowa naprawdę nie istnieje. Jest jednak powód, dla którego nadal możesz go definiować i używać. Z tego powodu książkę twojej dziewczyny również można uznać za poprawną .

Szczegóły

Jak wiesz, prawa Newtona działają w tzw. „ inercyjne układy odniesienia ”. Jednak punkt na powierzchni Ziemi nie jest tak naprawdę bezwładnym układem odniesienia, ponieważ obraca się wokół środka Ziemi. (Więc możesz myśleć o nim jako o wirującym układzie współrzędnych.) Tak więc mechanika Newtona nie ma zastosowania, jeśli chcesz opisać ruch i użyć punktu odniesienia na Ziemi. Jest to dość niewygodne, ponieważ głównie chcemy projektować rzeczy, które działają na Ziemi.

Na szczęście jest pewien podstęp: możesz użyć punktu na powierzchni Ziemi jako odniesienie i udawaj , że jest to układ bezwładnościowy, jeśli udajesz , że oprócz rzeczywistych istnieją również zewnętrzne „wyimaginowane” (fikcyjne) siły. Są to siła odśrodkowa i siła Coriolisa.

Więcej informacji

Jeśli interesuje Cię więcej, zobacz:

http: // pl .wikipedia.org / wiki / Inertial_frame_of_reference
http://en.wikipedia.org/wiki/Centrifugal_force_%28rotating_reference_frame%29
http: // pl .wikipedia.org / wiki / Coriolis_effect

Rzecz w tym, że siła odśrodkowa to siła fikcyjna .

Siła odśrodkowa istnieje! Wszystkim, którzy temu zaprzeczają, zróbcie to: xkcd.com/123. Jednak jest to fikcyjna siła. Cytując wikipedię:

Fikcyjna siła to pozorna siła działająca na wszystkie masy, których ruch jest opisany za pomocą nieinercjalnego układu odniesienia, takiego jak obracający się układ odniesienia.

Więc jeśli siedzisz na karuzeli, możesz poczuć siłę, która cię wyciąga. Możesz to zmierzyć. Dla ciebie ta siła istnieje, ale dla twojej matki stojącej przed karuzelą i obserwującej cię, nie ma siły odśrodkowej. Ona widzi, jak karuzela działa na ciebie siłą dośrodkową, więc idziesz razem z karuzelą i nie spadasz. Jeśli tak się nie stało, twoja masa sprawia, że ​​idziesz w linii prostej i spadasz.

Powodem, dla którego ci dwaj obserwatorzy obserwują różne siły, jest to, że karuzela nie jest bezwładną klatką odniesienie, podczas gdy ziemia, na której stoi twoja matka, jest.

W układzie odniesienia inercjalnym nie ma siły odśrodkowej, ale może istnieć w układzie odniesienia nieinercjalnym.

Wydaje się więc, że siła odśrodkowa występuje, ponieważ obserwator w karuzeli nie znajduje się w bezwładnościowym układzie odniesienia. Zmieniając ramy odniesienia, możesz to wyeliminować.

Ponieważ nie zgadzam się ze wszystkimi odpowiedziami, spróbuję wyjaśnić niektóre z podstaw nauki: Nauka w swej istocie nie może wyjaśnić, dlaczego rzeczy dzieją się tak, jak się dzieje, po prostu próbuje modelować rzeczywistość na podstawie obserwacji w przeszłość, aby przewidywać wydarzenia w przyszłości. Innymi słowy, zdefiniowanie siły odśrodkowej jest możliwe, jak na przykład książka twojej dziewczyny, ale jest to zbędne w większym schemacie fizycznego modelu rzeczywistości, ponieważ inne aspekty modelu fizycznego mogą być użyte do opisania tych samych wydarzeń bez potrzeby dla takiej siły.

A teraz, aby odpowiedzieć na pierwotne pytanie: Czy istnieje siła odśrodkowa?

• Nie , ponieważ podobnie jak siła grawitacji / grawitacja / „wypaczanie przestrzeni”, a nawet takie rzeczy, jak oddziaływanie elektrosłabe, nie istnieje w żaden sposób, z wyjątkiem terminu opisującego zaobserwowany wzorzec w przeszłości, którego spodziewamy się również w przyszłości. Nauka nigdy * nie może twierdzić, że cokolwiek wyjaśnia, może po prostu budować coraz bardziej wydajne i abstrakcyjne modele do przewidywania przyszłych wydarzeń.
• Nie , ponieważ w najbardziej ogólnie akceptowany model (modele) ** fizyki siła nie jest używana / definiowana. Zobacz inne odpowiedzi na ten temat.
• Tak , w tym sensie, że na pewnym poziomie prognoz przydatne jest modelowanie pewnych rzeczy bez zbytniej abstrakcji. Podobnie pewne rzeczy można wyjaśnić w chemii pewnymi „prawami”, które fizyka może przewidzieć w bardziej złożonej i abstrakcyjnej formie. Nie oznacza to, że prawa chemiczne nie istnieją, są one po prostu mniej abstrakcyjne.

* <small> cóż, żeby mieć tu całkowitą rację, coś w rodzaju teologii jest uważane przez niektórych za naukę i przynajmniej na podstawowym poziomie ma prawo wysuwać roszczenia, niezależnie od pytanie, czy może lub nie może cokolwiek wyjaśnić < / small>

** Modele, jeśli weźmiesz na przykład model Newtona i nowszy model kwantowo-fizyczny jako oddzielne modele z różnymi poziomami abstrakcji, a nie fizyczny kwantowy jako po prostu lepszą nowszą wersję modelu Newtona.

W fizyce Newtona obiekty poruszają się po linii prostej, chyba że działa na nie siła, dlatego też jeśli obiekt nie porusza się po linii prostej, musi na niego działać siła.

Rozważ planety . Dlaczego po prostu nie odlecą w kosmos po linii prostej? Ponieważ ciągnie je słońce.

Weź pod uwagę kamień na końcu sznurka. Dlaczego nie odlatuje po wirowaniu? Ponieważ lina utrzymuje ją w miejscu.

Kiedy ty wpadniesz w coś, co się kręci (na przykład karuzelę), odlecisz w linii prostej, ponieważ nie byłeś Nie trzymaj się niczego.

Jeśli się czegoś trzymasz, poczujesz się tak, jakby coś cię ciągnęło na zewnątrz. W rzeczywistości twoje ramiona przyciągają cię do wewnątrz (co powstrzymuje cię przed odleceniem) i odczuwasz reakcję na swoje działanie (także prawa Newtona). Ponieważ ruch jest względny, możesz zdefiniować sprytne punkty odniesienia, które sprawiają, że wydaje się, że siła wypycha Cię na zewnątrz, ale ostatecznie nie ma to większego sensu.

Jeśli trzymasz akcelerometr podczas jazdy karuzelowej zobaczysz, że doświadczasz przyspieszenia (co oznacza siłę, ponieważ $ F = ma $). Jeśli będziesz obracać się wystarczająco szybko, poczujesz również różne skutki przyłożenia do siebie dużych sił, takich jak odpływ krwi z części ciała. Jeśli puścisz i odlecisz, zauważysz, że akcelerometr nie pokazuje przyspieszenia i nie czujesz żadnego, nawet jeśli kręciłeś się bardzo szybko. Gdzie podziała się „siła odśrodkowa”? Ustąpiło, gdy tylko przestałeś przykładać do siebie siłę dośrodkową (w kierunku środka) , puszczając.

Dlatego nazywa się to siłą fikcyjną, wydaje się tylko istnieje, jeśli użyjesz układu odniesienia, który pozwala na pojawienie się sił fikcyjnych.

Kluczem do tej zagadki jest to, że w celu wyjaśnienia pozornych sił działających na kogoś, komu pojawia się obracająca się rama odniesienia definiuje stacjonarne, na przykład wszystkie ludzkie bytów wszędzie, może być konieczne uwzględnienie siły odśrodkowej, ponieważ wydaje się , że istnieje. Chociaż może być mały w zależności od prędkości obrotowej. Tak mówi podręcznik twojej dziewczyny. W celu określenia praw dynamiki Newtona w inercjalnym układzie odniesienia, czyli tym, co robili twoi nauczyciele, nie ma czegoś takiego jak siła odśrodkowa. Można by rozsądnie pomyśleć, że skoro są sprzeczne, jeden z tych punktów widzenia musi być tak głupi, że nikt by tego nie powiedział. Ale tak nie jest.

„Siła odśrodkowa” i „siła Coriolisa” istnieją jako wyrazy w równaniu ruchu obiektu względem obracającego się układu odniesienia:

• Rozważ „obracanie z układem odniesienia” jako stacjonarne. To właśnie oznacza „układ odniesienia”.
• Rozważ obiekt początkowo „w spoczynku” (to znaczy w pewnym momencie obraca się wraz z układem odniesienia), ale nic nie jest w miejsce, aby się obracało. Na przykład obracanie czegoś na strunie w kółko, a następnie puszczanie w chwili, gdy zaczynamy obliczać jej ruch.
• Niech czas ucieknie od tego początkowego punktu.

Następnie obiekt oddala się od środka obrotu. W inercjalnym (nieobrotowym) układzie odniesienia początkowo nie znajdował się w spoczynku. W tym układzie odniesienia powiedzielibyśmy, że porusza się po linii prostej. W wirującym układzie odniesienia przyspiesza od środka - początkowe przyspieszenie jest bezpośrednio oddalone, ale zaczyna podążać po zakrzywionej ścieżce.

„Siła”, która powoduje początkowe „przyspieszenie”, nazywa się „ siła odśrodkowa ”, a„ siła ”, która działa na poruszające się ciało w obracającej się ramie i powoduje zakrzywienie, nazywa się„ siłą Coriolisa ”.

Ale równania ruchu w wirującym układzie odniesienia są straszne, a równania ruchu w bezwładnościowym układzie odniesienia są naprawdę proste. Więc kogo obchodzi obracanie układów odniesienia, aż do nadania nazwy „sile”, która nie istnieje w bezwładnościowych układach odniesienia, które preferujemy do obliczeń? Ludzie, którzy żyją na planecie, są kim. Te nieistniejące siły muszą być brane pod uwagę, jeśli chcesz dokładnie obliczyć lot pocisku artyleryjskiego wystarczająco dalekiego zasięgu lub ruch pogody względem ziemi, a nie względem jakiegoś stałego punktu w przestrzeni, przez który Ziemia obraca się.

Czy istnieją? Jeśli weźmiemy obrotowy układ odniesienia, można je zaobserwować, tak jak każdą inną siłę, i jeśli o to chodzi, subiektywnie doświadczamy ich, gdy obracamy się wystarczająco szybko. Jeśli weźmiemy inercjalny układ odniesienia, to w prawach fizyki nie ma takiego terminu. Więc tak, istnieją, możesz je zmierzyć, jeśli stoisz na planecie. Nie, tak naprawdę nie istnieją, są po prostu produktem ubocznym układu odniesienia, który wybrałeś. Trochę jak grawitacja w ogólnej teorii względności jest produktem ubocznym wyboru „nienaturalnego” układu odniesienia, takiego, który nie jest zgodny z krzywizną czasoprzestrzeni ;-)

Zauważ, że w obu układach odniesienia , bezwładnościowy lub obracający się, obiekt, który pozostaje nieruchomy w obracającej się ramie (i obraca się po okręgu w układzie inercjalnym) siłą rzeczy doświadcza „siły dośrodkowej” (siły skierowanej w stronę środka). W ten sposób grawitacja powoduje, że rzeczy orbitują, a napięcie w kawałku struny powoduje, że wirujący punkt poi podąża po okrągłej ścieżce. Zatem to, czym naprawdę jest „siła odśrodkowa” w obrotowym układzie odniesienia, jest terminem potrzebnym do spełnienia warunku, że nieruchomy obiekt musi doświadczyć zerowej siły netto. W układzie inercjalnym ten obiekt opisujący okrąg nie jest nieruchomy , więc nie doświadcza 0 siły netto, więc nie ma terminu równoważącego.

Dochodzisz do czegoś, kiedy mówisz o równych i przeciwnych siłach. Ponieważ wirujący obiekt doświadcza siły dośrodkowej, obiekt wywierający tę siłę musi koniecznie doświadczać równej i przeciwnej siły. Księżyc ciągnie ziemię w swoim kierunku, a sznurek poi ciągnie twoją rękę w kierunku poi. Nie jest to tak zwana „siła odśrodkowa”, ale znajduje się ona z dala od środka i „naprawdę” istnieje.

Siła odśrodkowa to siła, która odciąga obracający się obiekt od środka obrotu. Odśrodkowa jest częścią mechaniki Newtona i pochodzi z drugiego prawa Newtona $$ F = ma $$ span> Gdzie $ F $ jest wymuszony w niutonach, $ m $ to masa obiektu, a $ a $ to przyspieszenie. W ruchu kołowym przyspieszenie to $ a = \ frac {v ^ 2} {r} $ , a pełne równanie na siłę odśrodkową to $$ F = \ frac {mv ^ 2} {r} $$ gdzie $ v $ to prędkość, a $ r $ to promień. Oto przykładowy obraz ruchu kołowego oraz siły odśrodkowej i dośrodkowej działającej na obiekt:

_{(źródło: wyjaśnienieinthatstuff.com)}

To samo dzieje się z pilotami odrzutowców:

Doświadczają siły odśrodkowej i jeśli ta siła jest wystarczająca, może stracić przytomność.

EDYTUJ:

Wyobraź sobie autobus i kogoś, kto w nim stoi, i nagle kierowca autobusu skręca autobus, ponieważ samochód zmienił kierunek prędkości przyspieszył, podczas gdy ktoś, kto stał, nadal poruszał się w starym kierunku, przez co spadnie, ale kierowca autobusu siedzi bardzo słabo, nie odczuje siły odśrodkowej. Łatwiej jest wyobrazić sobie statek kosmiczny, jeśli on / ona unosił się w stosunku do statku kosmicznego, a statek kosmiczny zmienił kierunek ruchu, przyspieszy, podczas gdy on / ona będzie nadal poruszał się w starym kierunku, aby nie doświadczył siły odśrodkowej podczas gdy statek kosmiczny będzie. (Znalazłem fajną animację o tej sytuacji w statku kosmicznym Kliknij tutaj.)

Zobaczmy, jak bezwładnościowe pseudomoc (np. odśrodkowa) powstają w teorii mechaniki Newtona. ¹

Reguła: prawa Newtona zakładają, że pracujesz w układzie inercjalnym.

Pierwszą regułę można traktować jako sposób definiowania lub identyfikowania tych ramek (zakładając, że i tak można zidentyfikować siły).

Te trzy prawa nie dają żadnych bezpośrednich porad dotyczących robienia fizyki w układach nieinercyjnych.

Sposób identyfikacji rzeczywistych sił

Jeśli przeanalizujesz pojedynczą sytuację fizyczną z kilku układów odniesienia, ² niektóre „siły”, które widzisz, mogą zmienić kierunek lub wielkość między klatkami, podczas gdy inne pozostaną uparcie niezmienione. ³ Te, które są zawsze takie same, są „prawdziwe”.

Obserwacja: czasami fajnie jest wykonywać fizykę w ramach nieinercyjnych.

Jeśli siedzisz w poruszającym się pojeździe i umieść filiżankę dobrej kawy na tacy. Siedzi tam, w spoczynku względem ciebie. Na zajęciach użylibyśmy tego rodzaju obserwacji („Po prostu siedzi tam”), aby zidentyfikować rzeczy, które są w równowadze, a następnie stwierdzilibyśmy (za pomocą drugiego prawa), że suma sił działających na to jest zero.

A jeśli Twój pojazd jest w ruchu jednostajnym, identyfikacja byłaby poprawna. ale jeśli twój pojazd przyspiesza (zmienia prędkość, pokonuje zakręt, jedno i drugie ...) jest to formalnie nieprawidłowe. Puchar również przyspiesza

Ale i tak możemy chcieć kontynuować naszą zwykłą analizę. W tym miejscu pojawiają się pseudofoces międzytekstowe.

Plan: załatwmy to!

Nasz system lash-up jest bardzo prosty. Zaczynamy od fizyki, którą dają nam prawa Newtona; przesunąć niewygodne przyspieszenia z prawej strony na lewą stronę; i nazwać nowe warunki „siłami” LHS.

To cały shebang

Okrągły przykład

Weź pod uwagę, że samochód jedzie 20 $ \, \ mathrm {m / s} $ po łuku o promieniu 10 $ \, \ mathrm {m} $ . Przypuszczamy, że siła napędowa równoważy opór i tarcie toczenia, a jedyną niezbalansowaną siłą jest tarcie statyczne skierowane do wewnątrz koła.

1. Ustaw prawa Newtona w układzie inercjalnym \ begin {align} \ sum_i \ vec {F} _i & = m \ vec {a} \\ \ vec {F} _ \ text {ciąg} + \ vec {F} _ \ text {przeciągnij} + \ vec {f} & = m \ frac {v ^ 2} {r} \ left (- \ hat {r }\dobrze) \\ \ vec {f} & = -m \ frac {v ^ 2} {r} \ hat {r} \ ;. \ end {align}

2. Zdecyduj, że chcemy, aby rzeczy „w spoczynku” w naszym układzie nieinercjalnym były „w równowadze”, więc przenieś ten niewyraźny termin na drugą stronę. ⁴ \ begin {align} \ vec {f} + m \ frac {v ^ 2} {r} \ hat {r} & = 0 \ ;. \ end {align} Jest to niewątpliwie formalna operacja matematyczna.

3. Podaj nazwę, którą właśnie przenieśliśmy, $ \ vec {F} _ \ text {centrifugal} = m \ frac {v ^ 2} {r} \ hat {r} $ , więc równanie ma teraz dwie „siły” \ begin {align} \ vec {f} + \ vec {F} _ \ text {centrifugal} & = 0 \ ;. \ end {align} Teraz, z powodu procesu odejmowania, ta nowo utworzona „fałszywa” siła ma kierunek przeciwny do rzeczywistego przyspieszenia.

   Tradycyjnie, jednak piszemy tę siłę w kategoriach prędkości obrotowej $ \ Omega $ ramy $ \ vec {F} _ \ text {centrifugal} = mr \ Omega ^ 2 \ hat {r} $ .

Bardziej ogólnie

Istnieje standardowy, w pełni ogólny sposób radzenia sobie ze skomplikowanym ruchem nieinercyjnym. Rozwija cztery pseudomocje, z których każda jest związana z określonym rodzajem zachowania.

• Pseudomoc związana z obserwatorami z przyspieszeniem po linii prostej $ \ vec {A} $ w odniesieniu do klatki inercjalnej (dziwnie ta nie ma tradycyjnego imię; czasami nazywam to „pseudo-siłą pasa” ): $$ \ vec {F} _ \ text {pas bezpieczeństwa} = -m \ vec {A} \;. $$

• „odśrodkowa” lub „odśrodkowa” siła związana z obrotem obserwatora z prędkością kątową $ \ Omega $ w odniesieniu do ramy inercyjnej. Dotyczy to wszystkich obiektów, w tym obiektów znajdujących się w spoczynku względem obserwatora. Właśnie obliczyliśmy to ⁵ $$ \ vec {F} _ \ text {centrifugal} = -m \ vec {\ Omega} \ times (\ vec {\ Omega} \ times \ vec {v} _b) \ ;. $$

• Pseudomoc "Coriolisa" , która jest również związana z obrotami, ale jest obserwowana tylko dla obiektów poruszających się z prędkością $ \ vec {v} _b $ w ramce nieinercyjnej. $$ \ vec {F} _ \ text {Coriolis} = -2m \ vec {\ Omega} \ times \ vec {v} _b \ ;, $$ gdzie $ \ vec {v} _b $ jest prędkością obserwowaną w układzie nieinercjalnym.

• Pseudomoc „Eulera” , która pojawia się u obserwatorów doświadczających przyspieszenia kątowego względem układu inercjalnego. $$ \ vec {F} _ \ text {Euler} = -m \ frac {\ mathrm {d} \ vec {\ Omega}} {\ mathrm {d} t} \ times \ vec {x} _b \;. $$

Szczegółowe matematyczne rozwinięcie tego zagadnienia można znaleźć w typowych podręcznikach mechaniki dla wyższych klas lub dla absolwentów.

Ale ... czy pseudoforces już istnieją ?!?

Tak? Nie? Zależy?

Jest to zasadniczo pytanie filozoficzne, które dotyczy tego, jak rozumiesz „istnienie”. Ich wielkość i kierunek zależą od klatki, z której oglądasz fizyczną interakcję, co zdecydowanie odróżnia je od tych „prawdziwych” sił, które nie mają tej właściwości.

Dla siebie staram się zachować wyraźne rozróżnienie między siłami „rzeczywistymi” i „pseudo”. Ale jestem bardzo szczęśliwy, że pracuję w ramach nieinercyjnych, kiedy to ułatwia mi życie.

Bonus: po co ludzie mówią o grawitacji?

Czy zauważyłeś, że wszystkie podane przeze mnie definicje pseudomocy zawierają dokładnie jeden czynnik masy obiektu? Oznacza to, że wszystkie obiekty doświadczają tego samego przyspieszenia "odśrodkowego" lub "Coriolisa", co jest podstępnie podobne do reguły, że wszystko spada z tym samym przyspieszeniem.

Jak się okazuje, kiedy Einstien odkrył drogę przez chwasty do ogólnej teorii względności, odkrył, że stworzył teorię, w której grawitacja była również bezwładną pseudomocą (i jest ona „prawdziwa” na co dzień celów, prawda?).

W ogólnej teorii względności, kiedy stoisz w spoczynku w laboratorium, obserwujesz świat z nieinercyjnej ramy. Ramka inercyjna to to, co zobaczysz stojąc (lub unosząc się obok) na piłce, którą właśnie upuścił instruktor.

¹ W tej dyskusji zamierzam konsekwentnie identyfikować tę klasę sił pozornych, które powstają w układach nieinercyjnych jako „pseudotomienie”, aby odróżnić je od tych „rzeczywistych” sił, które się pojawiają we wszystkich klatkach inercyjne lub inne.

² Ważne jest, aby podkreślić: jeden zestaw zdarzeń fizycznych widziany przez obserwatorów o różnych stanach ruchu. Nie wiele wydarzeń charakteryzujących się różnymi ruchami uczestników.

³ Tutaj kierunek i wielkość należy określić jako ich wewnętrzne wartości. Nie martw się o zmianę komponentów, tylko o zmianę natury.

⁴ „Na końcu” i „równowaga”, które pojawiają się tutaj, służą wyłącznie motywacji. Nie należy czytać żadnych sugestii, że ta analiza dotyczy tylko rzeczy znajdujących się w spoczynku w układzie nieinercjalnym Rzeczywiście, siły Coriolisa są interesujące tylko w ruchu w układzie nieinercjalnym.

⁵ Jak dotąd siłę odśrodkową zapisałem w jej najprostszej postaci (ustalenie kierunków było łatwe, ponieważ są one po prostu „wchodzące” lub „wychodzące”).Dla spójności z tym, czego używam $$ \ vec {F} _ \ text {centrifual} = -m \ vec {\ Omega} \ times (\ vec {\ Omega} \ times \ vec {x} _b)$$ gdzie $ \ vec {\ Omega} $ to wektor prędkość kątowa, a $ \ vec {x} _b $ rozpoczyna położenie obiektu w układzie współrzędnych z jego początkiem na osi obrotu.Zaufaj mi.To ta sama rzecz.

Książka twojej dziewczyny jest zła.

.... wynika z masy obiektu przeciwstawiającego się przyspieszeniu dośrodkowemu do wewnątrz "

Siła odśrodkowa nie jest spowodowana opór. Opór przyspieszenia nazywany jest „bezwładnością”. Siła odśrodkowa występuje tylko w nieinercjalnym wirującym układzie odniesienia.

Oto mój dodatek za to, co jest warte.

Wyobraź sobie, że unosisz się w kosmosie w dużym pudełku (jak winda). Na początku ty i pudełko po prostu unosicie się wokół. Możesz przejść z dowolnej strony pudełka na drugą, kręcić się itp. Nie ma sensu w górę ani w dół. W pewnym momencie pudełko zaczyna przyspieszać w linii prostej w kierunku prostopadłym do jednego z boków pudełka z prędkością 9,8 ms ^ {- 2} $ (przyspieszenie ziemskie, które wszyscy znamy i kochamy). Przyspieszenie jest spowodowane siłą zewnętrzną działającą na pudło, być może rakietą przymocowaną do zewnętrznej strony skrzyni. Ta siła jest prawdziwa. Nazwijmy to siłą „grawipetalną”. Z powodu tego przyspieszenia czujesz się tak, jakbyś spadł na jeden z boków skrzyni (jeden z dwóch boków prostopadłych do kierunku przyspieszania). Uderzyłeś w bok. Zauważasz, że utknąłeś / przyciągasz do tej strony. Próbujesz się poruszyć i zdajesz sobie sprawę, że możesz stanąć po tej stronie. Czujesz teraz, że doświadczasz grawitacji. To nie jest grawitacja. Jest to fikcyjna siła występująca w wyniku przyspieszenia układu odniesienia (pudła). Nazwijmy to siłą „grawitacyjną”. (Czy właśnie wymyśliłem słowo?). To nie jest prawdziwe. Nie wiesz, że przyspieszasz i dlatego mylisz to uczucie z siłą. Ale możesz zmierzyć siłę, ponieważ jest to siła, która dawałaby wrażenie tego przyspieszenia w układzie odniesienia.

Teraz wracamy do ciała ruchem okrężnym.To ten sam pomysł.Ciało przyspiesza w kierunku środka ruchu.Przyspieszenie to wynika z naprężenia struny, które jest siłą dośrodkową.To jest prawdziwe.W strunie jest napięcie.Obiekt nie wie, że przyspiesza.Dlaczego nie?Z tego samego powodu, dla którego ludzie tak długo zdali sobie sprawę, że Ziemia się porusza.Z naszej perspektywy jesteśmy nieruchomi i widzimy wszystko inne wokół nas.Ciało wykonuje wszystkie obliczenia w tym przyspieszającym układzie odniesienia.Odczuwa efekt przyspieszenia układu odniesienia, ale myli to z siłą działającą na siebie.Nazywa to siłą odśrodkową.Ciało źle zinterpretowało fizykę.Ta siła nie istnieje.

Nie ma czegoś takiego jak siła odśrodkowa.Weźmy przykład wiszącego łańcucha w polu grawitacyjnym, które jest nieruchome w układzie odniesienia Ziemi.Jego przyspieszenie spowodowane obrotem Ziemi jest znacznie mniejsze niż przyspieszenie grawitacyjne Ziemi, więc zignorujmy to.Łącznik dolny ma dwie siły działające na nią, siłę grawitacji oraz równą i przeciwną siłę łącznika drugiego od dołu.Teraz siła, jaką cięgło dolne wywiera na cięgło drugie od dołu, jest równa i przeciwna do siły, jaką cięgło drugie od dołu wywiera na cięgło dolne i jest ciężarem cięgła ciągnącego w dół.Na ogniwo, które jest drugie od dołu, działa również siła grawitacji, która jest ciężarem ogniwa.Wiemy, że jego przyspieszenie netto wynosi 0, co oznacza, że ogniwo trzecie od dołu wywiera siłę na ogniwo drugie od dołu, która jest siłą skierowaną do góry o masie 2 ogniw.

Rozważmy teraz przykład łańcucha w równomiernie przyspieszającym nieobrotowym układzie odniesienia przyspieszającym o 1 g, takim jak rakieta przyspieszająca w kierunku od dołu do góry jak zwykle rakiety, gdzie grawitacja jest dosłownie bardzo mała, np. przestrzeń między galaktykami. Podam tylko wynik, a później wyjaśnię, dlaczego ma to sens. Będzie zawieszony w kierunku przeciwnym do przyspieszenia, które jest w kierunku dna rakiety. Siła równa się masie razy przyspieszeniu. Ogniwo najbliżej dna będzie przyspieszać o 1 g, co oznacza, że ​​całkowita siła działająca na nie to ciężar ogniwa. Jedyną siłą wywieraną na komorę łączącą do spodu rakiety jest siła, którą wywiera na nią ogniwo drugie najbliżej spodu rakiety, która jest siłą ciężaru ogniwa w kierunku od dołu do góry rakiety. Drugie ogniwo najbliżej podstawy rakiety również przyspiesza przy 1 g, więc całkowita siła działająca na nie musi być ciężarem ogniwa w kierunku od spodu rakiety do szczytu rakiety. Zgodnie z trzecim prawem Newtona, ponieważ drugie ogniwo najbliżej dołu rakiety wywiera siłę ciężaru ogniwa na ogniwo najbliżej dołu w kierunku od dołu do góry, ogniwo najbliżej dołu musi wywierać siłę na łącznik znajdujący się najbliżej dołu, która jest równa wadze ogniwa w kierunku od góry do dołu. Teraz wiemy, że całkowita siła działająca na ogniwo drugie od dołu jest ciężarem ogniwa w kierunku od dołu do góry rakiety, więc ogniwo trzecie najbliżej dołu rakiety wywiera siłę na ogniwo drugi najbliżej dołu ciężaru 2 ogniw w kierunku od dołu do góry rakiety.

To sprawia, że ​​nie jesteś w stanie rozróżnić pomiędzy znajdowaniem się w polu grawitacyjnym bez przyspieszania a znajdowaniem się w czymś, co przyspiesza w przypadku braku pola grawitacyjnego. Rozważmy teraz przykład łańcucha wiszącego w pobliżu krawędzi czegoś wirującego w braku pola grawitacyjnego. Jazda w kółko to rodzaj przyspieszenia. Prędkość można zdefiniować w kategoriach składowej pozycji. Podobnie, przyspieszenie jest również definiowane w kategoriach składowej prędkości. Naprawdę myślę, że eksperyment pokazuje, że jest spójne, że siła jest bardzo zbliżona do masy razy przyspieszenie, używając tej definicji przyspieszenia dla prędkości, które są wystarczająco niskie, aby efekty relatywistyczne miały ekstremalnie niski niemierzalny efekt. W przeciwnym razie dowiedziałbym się inaczej. Czasami rzucałem jajko w powietrze, a opór powietrza jest zbyt mały, bym mógł go wykryć gołym okiem i wydaje się, że przyspiesza równomiernie. Tak więc w przypadku łańcucha zawieszonego w wirującym układzie odniesienia, każde ogniwo kręci się w kółko i dlatego przyspiesza, a jedynymi siłami działającymi na niego są siły działające po obu jego stronach. Wiem, że przyspieszenie nie jest takie samo dla każdego łącza w wirującym obiekcie.

Zgodnie z podręcznikiem, który miałem dla fizyki w klasie 12, możesz wziąć przyspieszający obiekt jako układ odniesienia i zdecydować, że siłę w tym układzie odniesienia zdefiniujesz jako przyspieszenie obiektu w tym układzie odniesienia podzielone przez masa tego obiektu w tym układzie odniesienia, więc kiedy opisują rzeczy za pomocą wirującego układu odniesienia, można powiedzieć, że na obiekt w układzie odniesienia wirującego obiektu działa siła odśrodkowa. Jeśli teraz obliczysz, w jaki sposób obiekt poruszający się ze stałą prędkością będzie się poruszał w układzie odniesienia nie przyspieszającego, równomiernie obracającego się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara obiektu, co otrzymasz? Jego przyspieszenie w układzie odniesienia wirującego obiektu to jego odległość od środka pomnożona przez częstotliwość kątową podniesioną do kwadratu w kierunku od środka plus przyspieszenie wielkości dwukrotnie większe niż prędkość w wirującym układzie odniesienia 90 ° w prawo od wirujący układ odniesienia. Składnik przyspieszenia, który jest zależny od położenia w wirującym układzie odniesienia, nazywany jest siłą odśrodkową, a składnik zależny od prędkości w wirującym układzie odniesienia nazywany jest siłą Coriolisa.

Siła odśrodkowa istnieje ... to wyraźnie siła sprawia, że ​​wirówka działa:

http://en.wikipedia.org/wiki/Centrifuge

Nie można obrócić obiektu w wirówce bez siły odśrodkowej, prawda? =)