Belangrijkste verschil - middelpuntvliedende versus middelpuntzoekende kracht

Er werken krachten op elk object dat zich op een cirkelvormige baan voortbeweegt. Afhankelijk van het type referentiekader van waaruit het object wordt waargenomen, kan het lijken alsof krachten anders op het object inwerken. De grootste verschil tussen middelpuntvliedende en middelpuntzoekende kracht is dat: middelpuntzoekende kracht werkt op het object in de richting van het midden van het cirkelvormige pad. In tegenstelling tot, middelpuntvliedende kracht is een schijnbare kracht die op het object inwerkt in een richting die van het middelpunt van de cirkel af wijst. Een waarnemer in een inertiaal referentiekader neemt geen middelpuntvliedende kracht waar. Alleen een waarnemer in een roterend referentiekader die met het object in cirkelvormige beweging meedraait, neemt een middelpuntvliedende kracht waar.

Wat is middelpuntzoekende kracht?

Een object versnelt wanneer zijn snelheid verandert. Omdat snelheid een vectorgrootheid is, kan deze worden gewijzigd door de grootte (snelheid) of de bewegingsrichting te wijzigen. Elk object dat in een cirkelvormig pad reist, verandert voortdurend van richting, wat betekent dat het voortdurend versnelt. Volgens de tweede wet van Newton moet er een resulterende kracht op het object werken, aangezien het versnelt. Door de vectorrepresentatie van de snelheid van een object dat in een cirkelvormig pad reist te beschouwen en vervolgens de tweede wet van Newton op deze versnelling toe te passen, ontdekten we dat de middelpuntzoekende kracht op een object dat in een cirkelvormig pad beweegt altijd naar het middelpunt van de cirkel werkt, en dat deze middelpuntzoekende kracht

kan worden gegeven door:

waar

is de massa en

is de snelheid van het object, en

is de straal van het cirkelvormige pad van het object.

Wat is middelpuntvliedende kracht?

Beschouw de man die op het punt staat een "hamerworp" te doen, zoals hieronder weergegeven:

Een kogelslingeraar

Terwijl de kogelslingeraar de hamer draait, draait hij ook mee met de hamer. Met andere woorden, hij en de hamer bevinden zich in een roterend referentiekader. Als hij naar de hamer kijkt, ziet hij (ten opzichte van zichzelf) dat de hamer stilstaat. Hij voelt een spanning in het handvat en weet dus dat de hamer het handvat van zich af trekt. Met de derde wet van Newton concludeert hij dat het handvat de hamer naar zich toe moet trekken.

De kogelslingeraar denkt echter dat de hamer in rust is. Hij weet ook dat de hamer naar hem toe wordt getrokken, dus volgens de eerste wet van Newton concludeert hij dat er een andere kracht op de hamer moet werken, die hem direct van hem af trekt. Deze kracht is centrifugaal: het woord "centrifugaal" betekent hier dat deze waargenomen kracht probeert het object weg te trekken van het midden van het cirkelvormige pad van het object (natuurlijk weet de kogelslingeraar niet dat de hamer in een cirkelvormig pad beweegt, maar als hij de krachten die hij waarnam later zou uitleggen aan iemand anders die de kogelslingeraar had geobserveerd vanuit een traagheidsreferentieframe, zou die persoon identificeren dat de "centrifugale" kracht weg wees van het midden van het cirkelvormige pad).

De hamer staat niet stil in een inertiaal referentiekader. Een waarnemer die naar de hamer kijkt vanuit een traagheidsreferentiekader, ziet de hamer in een cirkelvormig pad reizen en zal geen centrifugale kracht vinden. Als je de hamer bekijkt vanuit een traagheidsreferentiekader, zou je twee krachten identificeren die op de hamer inwerken, de spanning langs het handvat en het gewicht van de hamer:

Krachten die op de hamer werken

De spanning werkt langs het handvat van de hamer en trekt de hamer naar de cirkel terwijl de zwaartekracht de hamer naar beneden probeert te trekken. Centripetale kracht is de resulterende kracht naar het centrum. Als de kogelslingeraar bijvoorbeeld de hamer op dat moment in een horizontale cirkel draait, dan zou de resulterende kracht naar het midden van de cirkel zijn

.

De onderstaande video bespreekt ook het verschil tussen "centripetale" en "centrifugale" krachten voor objecten die in cirkelvormige paden bewegen:

Centrifugaalkracht wordt vaak gezien als een "fictieve" kracht omdat het niet kan worden waargenomen vanuit een traagheidsreferentiekader en ook omdat er geen echte "interactie" is waarnaar men zou kunnen verwijzen om de oorsprong ervan te verklaren. Soms is het echter nuttig om centrifugale krachten voor te stellen alsof ze echt zijn, vooral als je dingen ontwerpt die onderdeel gaan uitmaken van een roterend systeem!

Verschil tussen middelpuntvliedende en middelpuntzoekende kracht

Echt of fictief

Middelpuntzoekende kracht is een echte kracht die het resultaat is van een fysieke interactie.

Centrifugale kracht is een fictieve kracht die aanwezig lijkt te zijn wanneer een roterend object wordt bekeken vanuit een referentiekader dat ook meedraait met het object.

Richting

Middelpuntzoekende kracht werkt naar het midden van het cirkelvormige pad.

Centrifugale kracht lijkt te werken in een richting die weg wijst van het midden van het cirkelvormige pad.

Uiterlijk in inertiële referentiekaders

Middelpuntzoekende kracht kan worden waargenomen vanuit een inertiaal referentiekader.

Centrifugale kracht kan niet worden waargenomen vanuit een inertiaal referentiekader.

Afbeelding met dank aan

"Throwing the Hammer - Dornoch Highland Gathering 2007" door John Haslam (Eigen werk) [CC BY 2.0], via flickr