Skillnad mellan centrifugal och centripetal kraft

Huvudskillnad - Centrifugal vs Centripetal Force

Det finns krafter som verkar på något objekt som reser på en cirkelväg. Beroende på vilken typ av referensram som objektet observeras, kan krafter förefalla att verka på objektet annorlunda. De huvudskillnad mellan centrifugal och centripetalkraft är det centripetalkraft verkar på objektet mot mitt på den cirkulära vägen. I kontrast, centrifugalkraften är en tydlig kraft som verkar på föremålet i en riktning som pekar bort från mitten av cirkeln. En observatör i en inertiell referensram uppfattar inte en centrifugalkraft. Endast en observatör i en roterande referensram som roterar tillsammans med objektet i cirkulär rörelse uppfattar en centrifugalkraft.

Vad är Centripetal Force

Ett objekt accelererar när dess hastighet ändras. Eftersom hastigheten är en vektormängd kan den ändras genom att antingen ändra storlek (hastighet) eller rörelseriktning. Varje objekt som reser i en cirkulär väg ändras ständigt, vilket innebär att det ständigt accelererar. Enligt Newtons andra lag, eftersom objektet accelererar, borde det få en resulterande kraft som verkar på den. Genom att överväga vektorrepresentationen av hastigheten hos ett objekt som reser i en cirkulär bana och sedan tillämpa Newtons andra lag på denna acceleration, fann vi att centripetalkraften på ett föremål som rör sig i en cirkulär bana alltid verkar mot mitten av cirkeln, och att denna centripetalkraft kan ges av:

var  är massan och är objektets hastighet och  är radie av objektets cirkulära bana.

Vad är centrifugalkraften

Tänk på att mannen ska göra ett "hammarslag" som visas nedan:

En hammarekastare

När hammerslagaren roterar hammaren roterar han också med hammaren. Med andra ord är han och hammaren i a roterande referensram. När han tittar på hammaren ser han (med hänsyn till sig själv) att hammaren är stillastående. Han känner en spänning i handtaget och så vet han att hammaren drar handtaget bort från honom. Med Newtons tredje lag drar han slutsatsen att handtaget måste dra hammaren mot honom.

Men hammarekastaren tror att hammaren är i vila. Han vet också att hammaren dras mot honom, så enligt Newtons första lag drar han slutsatsen att det måste finnas en annan kraft som verkar på hammaren, drar den direkt bort från honom. Denna kraft är centrifugal: ordet "centrifugal" betyder här att denna uppfattade kraft försöker dra objektet bort från mitten av objektets cirkulära bana (självklart vet inte hammarekastaren att hammaren rör sig i en cirkulär bana, men om han skulle förklara senare de krafter han uppfattat för någon annan som hade observerat hammarekastaren från en tröghetsreferensram, den personen skulle identifiera att "centrifugalkraften" pekade bort från mitten av den cirkulära vägen).

Hammaren är inte i vila i en inertiell referensram. En observatör som tittar på hammaren från en tröghets referensram kommer se hammaren att resa i en cirkelväg och de kommer inte hitta en centrifugalkraft. Faktum är att om du ser hammaren ur en tröghets referensram skulle du identifiera två krafter som verkar på hammaren, spänningen längs handtaget och hammarens vikt:

Krafter som verkar på hammaren

Spänningen verkar längs hammarens handtag, dra hammaren in mot cirkeln medan tyngdkraften försöker dra hammaren ner. Centripetalkraft är den resulterande kraften mot mitten. Om till exempel hammerkastaren roterar hammaren i en horisontell cirkel vid den tiden, skulle den resulterande kraften mot centrum av cirkeln vara .

Videon nedan diskuterar också skillnaden mellan "centripetala" och "centrifugala" krafter för objekt som rör sig i cirkulära vägar:

Centrifugalkraften betraktas ofta som en "fiktiv" kraft eftersom den inte kan observeras från en inertiell referensram och också för att det inte finns någon riktig "interaktion" som man kan peka på för att förklara dess ursprung. Men ibland, det är användbart för att föreställa sig centrifugalkrafter som om de var riktiga, speciellt om du utformar saker som kommer att bli en del av ett roterande system!

Skillnad mellan centrifugal och centripetal kraft

Verklig eller Fiktiv

Centripetal kraft är en verklig kraft som är ett resultat av en fysisk interaktion.

Centrifugalkraft är en fiktiv kraft som verkar vara närvarande när ett roterande objekt ses från en referensram som också roterar tillsammans med objektet.

Riktning

Centripetal kraft verkar mot mitten av den cirkulära vägen.

Centrifugalkraft verkar fungera i en riktning som pekar bort från mitten av den cirkulära vägen.

Utseende i tröghetsramar av referens

Centripetal kraft kan observeras från en tröghets referensram.

Centrifugalkraft kan inte observeras från en tröghets referensram.

Image Courtesy

"Kasta Hammeren - Dornoch Highland Gathering 2007" av John Haslam (eget arbete) [CC BY 2.0], via flickr