สูตรแรงเหวี่ยงผ่านรัศมีและความเร็ว แรงเหวี่ยง: มันคืออะไรและทำงานอย่างไร? แรงเหวี่ยงเกิดขึ้นที่ไหน?

นี่คือเด็กผู้ชายคนหนึ่งกำลังปั่นหินบนเชือก เขาหมุนหินก้อนนี้เร็วขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งเชือกขาด จากนั้นหินก็จะบินไปที่ไหนสักแห่งด้านข้าง แรงอะไรทำให้เชือกหัก? ท้ายที่สุดเธอถือก้อนหินซึ่งแน่นอนว่าน้ำหนักไม่เปลี่ยนแปลง บนเชือก แรงเหวี่ยงกระทำนักวิทยาศาสตร์เคยตอบมาก่อน นานก่อนนิวตัน นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าวัตถุจะหมุนได้ ต้องใช้แรงมากระทำกับวัตถุนั้น แต่สิ่งนี้ชัดเจนเป็นพิเศษจากกฎของนิวตัน นิวตันเป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรก เขากำหนดสาเหตุของการเคลื่อนที่แบบหมุนของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ แรงที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวนี้คือพลังแห่งแรงโน้มถ่วง

แรงสู่ศูนย์กลาง

เนื่องจากหินเคลื่อนที่เป็นวงกลม หมายความว่ามีแรงมากระทำและเปลี่ยนการเคลื่อนที่ หลังจากนั้น โดยความเฉื่อยหินจะต้องเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง- ส่วนสำคัญของกฎการเคลื่อนที่ข้อแรกนี้บางครั้งก็ถูกลืมไป การชายฝั่งตรงไปตรงมาเสมอ และหินที่หักเชือกก็จะลอยเป็นเส้นตรงด้วย แรงที่แก้ไขเส้นทางของหินจะกระทำต่อมันตราบใดที่มันหมุน แรงคงที่นี้เรียกว่า ชั้นศูนย์กลาง- มันติดอยู่กับหิน แต่จากนั้น ตาม แรงจะต้องปรากฏขึ้นซึ่งกระทำจากหินบนเชือกและเท่ากับแรงสู่ศูนย์กลาง แรงนี้เรียกว่าแรงเหวี่ยง ยิ่งหินหมุนเร็วเท่าไร เชือกก็จะยิ่งมีแรงกระทำกับหินมากขึ้นเท่านั้น และแน่นอนว่าหินก็จะยิ่งดึงแรงขึ้นเท่านั้น - ทำให้เชือกขาด ในที่สุด ค่าความปลอดภัยของมันอาจไม่เพียงพอ เชือกจะขาด และหินจะลอยไปด้วยความเฉื่อยเป็นเส้นตรง เนื่องจากมันรักษาความเร็วไว้ จึงสามารถบินได้ไกลมาก

อาวุธมนุษย์โบราณ - สลิง

บางทีมากที่สุด อาวุธมนุษย์โบราณ - สลิง- ตามตำนานในพระคัมภีร์ไบเบิล เดวิดคนเลี้ยงแกะฆ่าโกลิอัทยักษ์ด้วยก้อนหินจากสลิงนี้ และสลิงก็ทำงานในลักษณะเดียวกับเชือกและหิน เฉพาะในนั้นเท่านั้นที่หินที่ยังไม่ได้บิดก่อนหน้านี้จะถูกปล่อยออกมาในเวลาที่เหมาะสม
ที่สนามกีฬา คุณมักจะเห็นนักกีฬา - นักขว้างจักรหรือค้อน และนี่คือภาพที่คุ้นเคย นักกีฬาหมุนเร็วขึ้นและเร็วขึ้น โดยถือแผ่นดิสก์ไว้ในมือ และในที่สุดก็ปล่อยแผ่นดิสก์ออกจากมือ ดิสก์บินได้หกสิบถึงเจ็ดสิบเมตร เห็นได้ชัดว่าที่ความเร็วสูงมาก แรงขนาดใหญ่มากจะเกิดขึ้นในตัววัตถุที่หมุนอยู่ แรงเหล่านี้เพิ่มขึ้นตามระยะห่างจากแกนหมุน

โรเตอร์อยู่ตรงกลาง

หากตัวหมุนอยู่ตรงกลางอย่างดี - แกนการหมุนตรงกับแกนสมมาตรของร่างกายทุกประการ - นี่ก็ไม่น่ากลัวนัก กองกำลังที่เกิดขึ้นใหม่จะมีความสมดุล แต่การจัดตำแหน่งที่ไม่ดีอาจส่งผลที่ไม่พึงประสงค์ได้มากที่สุด ในกรณีนี้ แรงที่ไม่สมดุลจะกระทำต่อเพลาของเครื่องจักรที่กำลังหมุนอย่างต่อเนื่อง ซึ่งสามารถกระทั่งเพลานี้หักด้วยความเร็วสูงได้
ความเร็วในการหมุนของใบพัดกังหันไอน้ำถึงสามหมื่นรอบต่อนาที ในระหว่างการทดสอบทดลองที่โรงงาน ระบบจะฟังกังหันที่ทำงานในลักษณะเดียวกับที่แพทย์ฟังเสียงหัวใจของผู้ป่วย หากโรเตอร์อยู่ตรงกลางไม่ดี สิ่งนี้จะสังเกตเห็นได้ทันที - เสียงเคาะและเสียงรบกวนที่น่าตกใจจะเข้าร่วมกับเสียงร้องที่นุ่มนวลของโรเตอร์ที่หมุนอย่างรวดเร็ว บ่งบอกถึงอุบัติเหตุที่ใกล้จะเกิดขึ้น กังหันหยุดทำงาน ตรวจสอบโรเตอร์และรับรองว่าการหมุนของกังหันจะราบรื่นอย่างสมบูรณ์

ปรับสมดุลแรงเหวี่ยง

ปรับสมดุลแรงเหวี่ยงเป็นเรื่องที่วิศวกรและนักออกแบบกังวลอย่างต่อเนื่อง กองกำลังเหล่านี้เป็นศัตรูที่อันตรายที่สุดของเครื่องจักร นักวิทยาศาสตร์การต่อเรือโซเวียตที่น่าทึ่งนักวิชาการ Alexey Nikolaevich Krylov ขณะบรรยายให้นักเรียนได้ยกตัวอย่างการกระทำทำลายล้างดังกล่าว ในปี พ.ศ. 2433 เรือกลไฟลำหนึ่งซึ่งมีผู้โดยสารมากกว่าหนึ่งพันคนกำลังมุ่งหน้าจากอังกฤษไปยังอเมริกา เรือลำนี้ติดตั้งเครื่องยนต์สองเครื่อง แต่ละเครื่องมีกำลังเก้าพันม้า เห็นได้ชัดว่าวิศวกรที่สร้างเครื่องจักรเหล่านี้ไม่มีประสบการณ์หรือความรู้เพียงพอ และละเลยกฎข้อที่สามของนิวตัน ในทะเลเปิด เมื่อเครื่องยนต์ทำงานเต็มกำลัง รถคันหนึ่งก็บินเป็นชิ้น ๆ แตกออกเป็นชิ้น ๆ ด้วยแรงที่เกิดขึ้นระหว่างการหมุน เศษชิ้นส่วนทำให้รถคันอื่นเสียหายและเจาะก้นรถ ห้องเครื่องถูกน้ำท่วม เรือกลไฟในมหาสมุทรกลายเป็นทุ่นลอยไปตามคลื่นอย่างช่วยไม่ได้ เขาถูกเรือกลไฟอีกลำลากจูงซึ่งส่งเหยื่อของแรงเหวี่ยงไปยังท่าเรือที่ใกล้ที่สุด

ในกรอบอ้างอิงที่หมุน ผู้สังเกตการณ์ประสบกับแรงที่เคลื่อนเขาออกจากแกนการหมุน

คุณอาจเคยประสบกับความรู้สึกไม่พึงประสงค์เมื่อรถที่คุณขับเข้าโค้งหักศอก ดูเหมือนว่าตอนนี้คุณจะถูกโยนลงสนาม และถ้าคุณจำกฎกลศาสตร์ของนิวตันได้ ปรากฎว่าเมื่อคุณถูกกดเข้าไปในประตูจริงๆ นั่นหมายความว่ามีแรงบางอย่างเกิดขึ้นกับคุณ โดยปกติจะเรียกว่า "แรงเหวี่ยง" เป็นเพราะแรงเหวี่ยงที่ทำให้เกิดความน่าทึ่งในการเลี้ยวหักศอก เมื่อแรงนี้กดคุณเข้ากับด้านข้างของรถ (โดยวิธีการนี้คำนี้มาจากคำภาษาละติน ศูนย์กลาง(“ศูนย์”) และ ฟูกัส(“การวิ่ง”) เริ่มนำมาใช้ในทางวิทยาศาสตร์ในปี ค.ศ. 1689 โดยไอแซก นิวตัน)

อย่างไรก็ตาม สำหรับผู้สังเกตการณ์ภายนอก ทุกอย่างจะดูแตกต่างออกไป เมื่อรถเลี้ยว ผู้สังเกตจะคิดว่าคุณยังคงเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงต่อไป เหมือนกับวัตถุใดๆ ที่ไม่ได้รับผลกระทบจากแรงภายนอกใดๆ ก็จะทำเช่นนั้น และรถเบี่ยงออกจากทางตรง สำหรับผู้สังเกตการณ์ดูเหมือนว่าไม่ใช่คุณที่กดคุณติดกับประตูรถ แต่ในทางกลับกันประตูรถเริ่มกดทับคุณ

อย่างไรก็ตาม ไม่มีความขัดแย้งระหว่างมุมมองทั้งสองนี้ ในระบบอ้างอิงทั้งสองระบบ มีการอธิบายเหตุการณ์ในลักษณะเดียวกัน และใช้สมการเดียวกันสำหรับคำอธิบายนี้ ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือการตีความสิ่งที่เกิดขึ้นโดยผู้สังเกตการณ์ทั้งภายนอกและภายใน ในแง่นี้ แรงเหวี่ยงหนีศูนย์มีลักษณะคล้ายกับแรงคอริโอลิส ( ซม. Coriolis effect) ซึ่งทำงานในกรอบอ้างอิงที่หมุนด้วย

เนื่องจากไม่ใช่ผู้สังเกตการณ์ทุกคนจะเห็นผลของแรงนี้ นักฟิสิกส์จึงมักเรียกแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ พลังที่สมมติขึ้นหรือ พลังหลอก- อย่างไรก็ตาม ฉันคิดว่าการตีความนี้อาจทำให้เข้าใจผิดได้ ท้ายที่สุดแล้ว แรงที่กดทับคุณกับประตูรถนั้นแทบจะเรียกได้ว่าเป็นเรื่องโกหกเลยทีเดียว ประเด็นทั้งหมดก็คือ ร่างกายของคุณพยายามรักษาทิศทางการเคลื่อนที่ให้ตรง ในขณะที่รถหลบเลี่ยง และด้วยเหตุนี้ จึงสร้างแรงกดดันต่อคุณ

เพื่ออธิบายความเท่าเทียมกันของคำอธิบายทั้งสองของแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ เรามาคำนวณกันสักหน่อย วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่เป็นวงกลมจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งเพราะมันเปลี่ยนทิศทางตลอดเวลา ความเร่งนี้เท่ากับ วี 2 /ร, ที่ไหน โวลต์- ความเร็วและ ร- รัศมีของวงกลม ดังนั้น ผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ในกรอบอ้างอิงซึ่งเคลื่อนที่เป็นวงกลมจะได้รับแรงเหวี่ยงเท่ากับ mv2/ร.

ทีนี้ลองสรุปสิ่งที่กล่าวไว้: วัตถุใดก็ตามที่เคลื่อนที่ไปตามเส้นทางโค้ง - ไม่ว่าจะเป็นผู้โดยสารในรถที่โค้งงอ ลูกบอลบนเชือกที่คุณหมุนเหนือหัวของคุณ หรือโลกที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ - ประสบกับ แรงที่เกิดจากแรงกดของประตูรถ ความตึงของเชือก หรือแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ เรียกพลังนี้ว่า เอฟ- จากมุมมองของคนที่อยู่ในกรอบอ้างอิงที่หมุน ร่างกายจะไม่เคลื่อนไหว นี่หมายถึงความแข็งแกร่งภายใน เอฟสมดุลด้วยแรงเหวี่ยงภายนอก:

เอฟ = mv2/ร

อย่างไรก็ตาม จากมุมมองของผู้สังเกตการณ์ที่อยู่นอกกรอบอ้างอิงที่กำลังหมุน ร่างกาย (คุณ ลูกบอล โลก) จะเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอก ตามกฎกลศาสตร์ข้อที่สองของนิวตัน ความสัมพันธ์ระหว่างแรงและความเร่งในกรณีนี้คือ เอฟ = แม่- เมื่อแทนสูตรความเร่งสำหรับวัตถุที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมลงในสมการนี้ เราจะได้:

เอฟ = แม่ = mv2/ร

แต่ด้วยวิธีนี้ เราได้สมการของผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ในกรอบอ้างอิงที่หมุนได้อย่างแน่นอน ซึ่งหมายความว่าผู้สังเกตการณ์ทั้งสองคนได้ผลลัพธ์ที่เหมือนกันเกี่ยวกับขนาดของแรงกระทำ แม้ว่าพวกเขาจะเริ่มต้นจากสถานที่ต่างกันก็ตาม

นี่เป็นตัวอย่างที่สำคัญมากว่ากลศาสตร์คืออะไรในฐานะวิทยาศาสตร์ ผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ในระบบอ้างอิงที่ต่างกันสามารถอธิบายปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นได้ด้วยวิธีที่ต่างกันโดยสิ้นเชิง อย่างไรก็ตาม ไม่ว่าความแตกต่างพื้นฐานในแนวทางในการอธิบายปรากฏการณ์ที่พวกเขาสังเกตเห็นจะเป็นอย่างไร สมการที่อธิบายปรากฏการณ์เหล่านี้จะเหมือนกัน และนี่ไม่ใช่อะไรมากไปกว่าหลักการของการไม่เปลี่ยนแปลงของกฎธรรมชาติซึ่งอยู่ภายใต้

ในพระคัมภีร์ศักดิ์สิทธิ์ เขาสามารถจำพล็อตเรื่องการต่อสู้ระหว่างดาวิดกับโกลิอัทได้อย่างง่ายดาย ยักษ์ร้ายถูกฆ่าด้วยสลิง แต่สลิงเป็นวัตถุจริงโดยสมบูรณ์ เป็นอุปกรณ์ที่เรียบง่ายมาก เป็นอาวุธที่ใช้ในช่วงเวลาที่คันธนูถือเป็นเทคนิคขั้นสูง สิ่งประดิษฐ์ที่เก่าแก่ที่สุดที่ขุดพบว่าเป็นสลิงนั้นมีอายุนับหมื่นปี ต้องบอกว่าแม้จะมีอุปกรณ์ที่เรียบง่ายมาก แต่สลิงก็ไม่ได้ไม่เป็นอันตรายนัก ก้อนหินที่ปล่อยออกมาจากสลิงด้วยมือของผู้ขว้างที่มีประสบการณ์บินไปหาศัตรูด้วยความเร็วประมาณหนึ่งร้อยเมตรต่อวินาที ระยะการขว้างสูงสุดที่บันทึกไว้จริงคือมากกว่า 400 เมตร

ผลลัพธ์ที่น่าประทับใจนั้นขึ้นอยู่กับกฎทางกายภาพใดบ้าง คำตอบ: ความเร็วเริ่มต้นของหิน (และต่อมา - ของกระสุนปืนโลหะที่มีรูปร่างเป็นลูกบอล) ได้รับอย่างแม่นยำจากแรงเหวี่ยงลึกลับนี้ ไม่ชัดเจนว่ามันมาจากไหน นอกจากสลิงแล้ว ปรากฏการณ์ทางกายภาพนี้ยังก่อให้เกิดพื้นฐานสำหรับการสร้างเครื่องจักรและกลไกอื่นๆ อีกมากมายที่มนุษย์ใช้

คำอธิบายของแรงจากมุมมองของฟิสิกส์

บ่อยครั้งที่ผู้คนและบางครั้งก็น่ากลัวที่จะพูด แม้กระทั่งนักศึกษามหาวิทยาลัยเทคนิค ก็ยังใช้ในการสนทนา เช่น แรงสู่ศูนย์กลาง โดยระบุด้วยแรงเหวี่ยง แน่นอนว่าทั้งสองคำนี้มีอะไรเหมือนกันหลายอย่าง แม้ว่าจะไม่ได้เป็นสิ่งเดียวกันก็ตาม เพื่อให้จินตนาการได้ดีขึ้นว่าเรากำลังพูดถึงปรากฏการณ์อะไร คุณต้องจำฟิสิกส์ของโรงเรียนเล็กๆ น้อยๆ ก่อน

ความเฉื่อยคืออะไร? กระสุนปืนลูกโม่มีน้ำหนักประมาณ 9 กรัม หากคุณเหวี่ยงมันขึ้นไปประมาณหนึ่งเมตรแล้วใช้มือจับไว้ (ความเร็วน้อยกว่า 1.0 ม./วินาที) คุณจะรู้สึกได้ถึงแรงผลักเล็กน้อย กระสุนเดียวกันยิงจากอาวุธและเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 500 เมตร/วินาที เจาะไม้สนหนา 1 นิ้วได้อย่างง่ายดาย และสุดท้ายก็เศษชิ้นส่วนอวกาศที่มีมวลเท่ากันซึ่งบินอยู่ในวงโคจรด้วย ความเร็วหลบหนีครั้งแรก(8,000 ม./วินาที) เหมือนเนยชิ้นหนึ่ง สามารถเจาะแทงค์ขนาดใหญ่ได้อย่างง่ายดาย

วัตถุใดๆ ที่มีมวล m และเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว V มี พลังงานจลน์ :

สำหรับกระสุนที่ถูกขว้าง:

E = 0.009∙1 2 /2 = 0.0045 เจ

สำหรับปืนพกที่ยิง:

E = 0.009∙500 2 /2=1,125 เจ.

สำหรับขยะอวกาศ:

E = 0.009∙8,000 2 /2=288,000 เจ

เพื่อที่จะหยุดร่างกายที่กำลังเคลื่อนไหว จำเป็นต้องใช้พลังงานเท่าเดิม ในการที่จะเร่งความเร็วของร่างกายที่อยู่นิ่งให้เร็วขึ้นนั้น จำเป็นต้องใช้พลังงานเท่าเดิม

ตอนนี้ลองจินตนาการว่าร่างกายบางอย่างที่บินเป็นเส้นตรงถูกบังคับให้เปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่

ร่างกายที่แสดงในรูปมีความเร็วในทิศทางของแกน x - V x การเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ทำให้ความเร็วไปในทิศทางของแกนกำหนด - V y ซึ่งต้องใช้พลังงานไปตามลำดับ:

ในที่สุด เมื่อมีความรู้เรื่องความเฉื่อย คุณก็สามารถกลับไปใช้สลิงได้ กล่าวโดยสรุป มันคือหิน (น้ำหนัก) ที่หมุนเป็นวงกลมบนเส้นด้าย

วัตถุที่มีมวล m ถ้าไม่ถูกด้ายจับไว้ ก็จะบินตรง (ซึ่งอันที่จริงเป็นสิ่งที่โกลิอัทประสบ) แต่เมื่อถูกด้ายจับไว้ จะเปลี่ยนทิศทางอยู่ตลอดเวลา เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงบางประเภทซึ่งมักเรียกว่า centripetal - F cs ในกรณีนี้คือแรงดึงของด้าย

แต่เหตุใดในกรณีนี้หินจึงไม่บินไปในมือของสลิงเกอร์? เหตุผลก็คือกฎข้อที่สามของอัจฉริยะนิวตัน ซึ่งระบุว่าแรงใดๆ ที่กระทำกับวัตถุจะสร้างแรงปฏิกิริยาซึ่งมีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม นี่คือวิธีที่แรงเหวี่ยง F cb เกิดขึ้น

ตัวอย่างจากชีวิต

ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่ในตอนต้นของบทความถือเป็นสลิง - ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของการกระทำของแรงเหวี่ยงซึ่งง่ายพอ ๆ กับการปอกเปลือกลูกแพร์ในการสร้างแบบจำลองลองและสัมผัส แต่นอกเหนือจากนี้ ปริมาณทางกายภาพนี้ยังปรากฏอยู่ในสิ่งของและวัตถุจำนวนหนึ่งที่อยู่รอบตัวเราทุกวัน ดังนั้นแรงเหวี่ยงที่ทำงานในวงล้อเข็มขัดนิรภัยจึงทำให้การเดินทางปลอดภัย

ผู้ที่รักการตกปลาหากไม่มีพลังนี้จะไม่สามารถทำงานอดิเรกที่พวกเขาชื่นชอบแล้วเล่านิทานให้เราฟังได้ ตัวอย่างเช่น การขว้างเครื่องป้อนอาหารหนักเป็นการเลียนแบบสลิงต่อสู้แบบตัวต่อตัว และเบ็ดหมุนหรือปลาคาร์พที่อยู่ในมือของชาวประมงนั้นไม่มีอะไรมากไปกว่าอาวุธชนิดเดียวกัน มีเพียงช้อน ตัวโมโหหรือจิ๊กแทนก้อนหินที่อันตรายถึงชีวิต

วิธีการคำนวณแรงเหวี่ยง

ค่าสเกลาร์ของแรงเหวี่ยงคำนวณโดยสูตร:

F คือค่าที่ต้องการของแรงเหวี่ยง N;

ม. - น้ำหนักตัวกก.

V - ความเร็วของการเคลื่อนไหวของร่างกาย, m/s;

r - รัศมีการหมุน, ม.

ตัวอย่างการคำนวณ

ลองคำนวณแรงที่ใช้ในการผลักหินออกจากสลิง: ความยาวของเข็มขัดจากมือสลิงถึงด้ามคือ 1 เมตร นักรบหมุนอาวุธของเขาด้วยความเร็ว 2 รอบต่อวินาที สลิงประกอบด้วยหินน้ำหนัก 200 กรัม

L = 2πR = 2∙3.14∙1=6.28 ม.

ดังนั้น ต่อวินาที หินจะลอย 2∙L = 6.28∙2 = 12.56 ม. นี่คือความเร็ว - 12.56 ม./วินาที

พบค่าที่ต้องการในลักษณะนี้:

F = mV 2 /r = 0.2 กก.∙12.56 2 /1 = 31.55 N.

บังคับให้ทำงาน

มีตัวอย่างมากมายที่แรงเหวี่ยงทำงานที่เป็นประโยชน์ นอกจากอาวุธขว้างของทหารแล้ว ยังใช้งานได้ดีในกีฬาสมัยใหม่อีกด้วย เทคนิคการขว้างค้อนและจานจักรนั้นขึ้นอยู่กับการให้ความเร็วแก่กระสุนปืนโดยการหมุนมัน

เครื่องจักรทุกประเภทหลายพันเครื่องมีหลักการทำงานโดยอาศัยการใช้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์ คุณไม่จำเป็นต้องไปไกล แค่จำชื่อปั๊มประเภทหนึ่งที่พบบ่อยที่สุด และเรียกว่า "แรงเหวี่ยง" ภายในสิ่งที่เรียกว่า ล้อ "หอยทาก" พร้อมใบมีดจะหมุนของไหลที่ใช้งานอยู่ (ของเหลวหรือก๊าซ) หลังจากนั้นเนื่องจากแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ พื้นที่ความดันที่เพิ่มขึ้นจะเกิดขึ้นที่ผนังด้านนอกของเส้นรอบวงของปั๊ม และพื้นที่ของความดันลดลงจะเกิดขึ้นที่ศูนย์กลางของก้นหอย ซึ่งความเร็วในการหมุนจะน้อยที่สุด ดังนั้นสื่อที่ขนส่งซึ่งเข้าไปในโพรงปั๊มผ่านท่อในส่วนกลางจะถูกปล่อยออกมาภายใต้ความกดดันผ่านทางทางออกในผนังด้านนอก

และนี่เป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งเท่านั้น แรงเหวี่ยงทำงานในเครื่องจักรทำความสะอาดทุกประเภทในภาคเกษตรกรรม หลักการแยก (การแยก) ของวัสดุเทกองนั้นขึ้นอยู่กับความแตกต่างของพลังงานที่ได้รับจากอนุภาคเนื่องจากความหนาแน่นและมวลต่างกัน

และสุดท้ายคือตัวอย่างที่พบบ่อยที่สุดในการพิจารณาว่าคุณไม่จำเป็นต้องไปที่สนามกีฬาหรือฟาร์มธัญพืช ลองดูว่าเครื่องซักผ้าธรรมดาที่สุดทำงานอย่างไรในรอบการปั่นหมาด เสื้อผ้าจะถูกกดเข้ากับผนังถังซักด้วยแรงเหวี่ยง ซึ่งมากถึงขนาดหลังจากปั่นหมาดที่ 1000 รอบต่อนาที ผ้าออกจากเครื่องเกือบแห้ง

เมื่อพวกเขาต่อสู้กับเธอ

แต่แรงเหวี่ยงหนีไม่พึงปรารถนาเสมอไป ในบางกรณีคุณต้องต่อสู้กับมัน ชิ้นส่วนขนาดใหญ่ในเครื่องมือกล กลไกของเรือ และเครื่องยนต์ รถดัมพ์พบกับภาระอันมหาศาลระหว่างการหมุน องค์ประกอบโครงสร้างที่มีน้ำหนักไม่มากก็น้อยแต่ละชิ้นที่ยึดอยู่กับฐานหมุนมีแนวโน้มที่จะแตกออกและปลิวออกไปในทิศทางตรงข้ามกับจุดศูนย์กลางการหมุน และการยึดใบพัดเฮลิคอปเตอร์ถือเป็นศาสตร์ทั้งหมด

ผู้ขับขี่รถยนต์ทุกคนรู้ดีว่าบนถนนที่ลื่น รถก็จะลอยไปในทิศทางตรงกันข้ามกับส่วนโค้งของพื้นผิวถนนด้วย บางครั้งคุณอาจสังเกตได้ว่าเมื่อถึงทางโค้งที่คมชัดที่สุด คนทำถนนจงใจเอียงไปทางจุดศูนย์กลางของทางโค้ง

แรงเหวี่ยงในธรรมชาติ

ตัวอย่างที่เด่นชัดของการสำแดงแรงเหวี่ยงในธรรมชาติคือการขึ้นและการไหลของกระแสน้ำในบริเวณเส้นศูนย์สูตร ความจริงก็คือไม่เพียงแต่ดวงจันทร์โคจรรอบโลกเท่านั้น ดาวเคราะห์ของเรา แม้ว่าจะหนักกว่าดาวเทียมของมันมาก แต่ก็ยัง "เต้น" เล็กน้อยกับมัน โดยหมุนรอบมันเล็กน้อยในรัศมีเล็ก ๆ สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าในสองพื้นที่ - มุ่งตรงไปยังดวงจันทร์และตรงข้าม - แหล่งน้ำในมหาสมุทรโลกถูกสร้างขึ้น

อย่างไรก็ตาม ดวงจันทร์ได้รับความเดือดร้อนจากกระแสน้ำมากขึ้น พวกเขาคือผู้ที่หยุดการหมุนรอบแกนของมัน ด้วยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง ผู้อยู่อาศัยบนดาวเคราะห์สีน้ำเงินจึงสามารถมองเห็นดาวเทียมตามธรรมชาติของตนเพียงด้านเดียว

สรุปสั้นๆ

ดังนั้นแรงหนีศูนย์กลางคือการตอบสนองต่อแรงสู่ศูนย์กลาง ค่าสเกลาร์ของแรงเหวี่ยงหนีศูนย์เป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของมวลวัตถุด้วยกำลังสองของความเร็วเชิงเส้นและเป็นสัดส่วนผกผันกับรัศมีการหมุน เวกเตอร์แรงเคลื่อนผ่านจุดศูนย์กลางการหมุนและมีทิศทางอยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางการหมุน

เปิดร่ม วางปลายร่มไว้บนพื้น หมุนไปรอบๆ และในขณะเดียวกันก็โยนลูกบอล กระดาษยับ ผ้าเช็ดหน้า โดยทั่วไปแล้ว วัตถุที่เบาและไม่แตกหัก สิ่งที่ไม่คาดคิดจะเกิดขึ้นกับคุณ ราวกับว่าร่มไม่ต้องการรับของขวัญ: ลูกบอลหรือลูกบอลกระดาษจะคลานขึ้นไปที่ขอบร่มแล้วบินจากที่นั่นเป็นเส้นตรง

แรงที่ขว้างลูกบอลออกไปในการทดลองนี้มักเรียกว่า "แรงเหวี่ยง" แม้ว่าจะเรียกว่า "แรงเฉื่อย" ก็ตาม จะถูกตรวจพบเมื่อใดก็ตามที่วัตถุเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่เป็นวงกลม นี่ไม่ใช่อะไรมากไปกว่าหนึ่งในกรณีของการสำแดงความเฉื่อย - ความปรารถนาของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่เพื่อรักษาทิศทางและความเร็วของการเคลื่อนที่

เราเผชิญกับแรงเหวี่ยงบ่อยกว่าที่เราสงสัย คุณหมุนก้อนหินผูกติดกับเชือกรอบมือของคุณ คุณรู้สึกว่าเชือกถูกยืดออกและขู่ว่าจะขาดภายใต้อิทธิพลของแรงเหวี่ยง อาวุธโบราณสำหรับการขว้างก้อนหิน - สลิง - ทำงานด้วยแรงเท่ากัน หากหมุนเร็วเกินไปและไม่แข็งแรงพอ หากคุณคล่องแคล่ว ความแข็งแกร่งแบบเดียวกันนี้จะช่วยให้คุณเล่นกลได้

ด้วยแก้วที่น้ำไม่ไหลออกมาแม้ว่าจะพลิกกลับด้านก็ตาม: ในการทำเช่นนี้คุณเพียงแค่ต้องโบกกระจกเหนือหัวอย่างรวดเร็วโดยอธิบายวงกลม แรงเหวี่ยงช่วยให้นักปั่นจักรยานละครสัตว์บรรยายถึง "วงเวียนปีศาจ" ที่น่าเวียนหัวได้ นอกจากนี้ยังแยกครีมออกจากนมด้วยเครื่องแยกแบบแรงเหวี่ยง เธอสกัดน้ำผึ้งจากรวงผึ้งด้วยเครื่องหมุนเหวี่ยง มันทำให้เสื้อผ้าแห้งโดยปล่อยน้ำออกจากเครื่องอบผ้าแบบแรงเหวี่ยงแบบพิเศษ ฯลฯ

เมื่อรถรางอธิบายส่วนโค้งของเส้นทาง เช่น เมื่อเปลี่ยนจากถนนหนึ่งไปอีกถนนหนึ่ง ผู้โดยสารจะสัมผัสได้ถึงแรงเหวี่ยงโดยตรง ซึ่งกดพวกเขาไปที่ผนังด้านนอกของรถ ด้วยความเร็วที่เพียงพอ รถทั้งคันอาจถูกพลิกคว่ำด้วยแรงนี้ หากไม่ได้วางรางกลมด้านนอกให้สูงกว่ารางด้านในอย่างระมัดระวัง: ขอบคุณ

ส่งผลให้รถเอียงเข้าด้านในเล็กน้อยเมื่อเลี้ยว ฟังดูค่อนข้างแปลก: รถม้าที่เอนไปด้านหนึ่งจะมั่นคงมากกว่ารถม้าที่ยืนตัวตรง!

และยังเป็นเช่นนั้น และประสบการณ์เล็กๆ น้อยๆ จะช่วยให้คุณเข้าใจว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร ม้วนแผ่นกระดาษแข็งเป็นรูประฆังกว้างหรือดีกว่านั้นคือเอาชามที่มีผนังทรงกรวยถ้าคุณมีไว้ในบ้าน มีประโยชน์อย่างยิ่งตามจุดประสงค์ของเราคือฝาทรงกรวย - แก้วหรือดีบุก - จากหลอดไฟฟ้า ติดอาวุธด้วยวัตถุเหล่านี้ โยนเหรียญ วงกลมโลหะเล็กๆ หรือแหวนใส่มัน พวกเขาจะอธิบายวงกลมที่ด้านล่างของจานโดยเอนเข้าด้านในอย่างเห็นได้ชัด เมื่อเหรียญหรือแหวนช้าลง มันจะเริ่มอธิบายวงกลมเล็กลงเรื่อยๆ และเข้าใกล้ศูนย์กลางของจาน แต่การทำให้เหรียญหมุนเร็วขึ้นอีกครั้งโดยการหมุนจานเล็กน้อยนั้นไม่มีค่าใช้จ่ายใดๆ เลย จากนั้นเหรียญจะเคลื่อนออกจากศูนย์กลาง โดยอธิบายวงกลมที่ใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ถ้ามันเร่งความเร็วมากเกินไป มันอาจกลิ้งออกจากจานจนหมดด้วยซ้ำ

สำหรับการแข่งขันปั่นจักรยาน ทางที่เรียกว่าเวโลโดรมจะจัดเส้นทางแบบวงกลมพิเศษ และคุณจะเห็นได้ว่าเส้นทางเหล่านี้โดยเฉพาะบริเวณที่เลี้ยวหักศอกนั้นถูกจัดวางโดยมีความลาดเอียงไปทางศูนย์กลางอย่างเห็นได้ชัด จักรยานหมุนไปตามตำแหน่งที่เอนเอียงมาก - เหมือนเหรียญในถ้วย - และไม่เพียงไม่ล้มคว่ำ แต่ในทางกลับกัน มันอยู่ในตำแหน่งนี้ที่ได้รับความมั่นคงเป็นพิเศษ ในละครสัตว์ นักปั่นจักรยานจะทำให้ผู้ชมประหลาดใจด้วยการวนเวียนเป็นวงกลมบนพื้นที่ที่มีความลาดชัน ตอนนี้คุณเข้าใจแล้วว่านี่ไม่ใช่สิ่งผิดปกติ ในทางตรงกันข้าม มันจะเป็นศิลปะที่ยากสำหรับนักปั่นจักรยานที่จะหมุนตัวแบบนั้นบนเส้นทางเรียบและแนวนอน ด้วยเหตุผลเดียวกัน ผู้ขี่และม้าจึงโน้มตัวเข้าด้านในเมื่อเลี้ยวหักศอก

จากปรากฏการณ์เล็กๆ น้อยๆ เหล่านี้ ให้เราก้าวไปสู่ปรากฏการณ์ที่ใหญ่กว่ากัน โลกที่เราอาศัยอยู่นั้นเป็นสิ่งที่หมุนได้ และแรงเหวี่ยงจะต้องปรากฏออกมาบนนั้น มันหมายความว่าอะไร? ความจริงก็คือเนื่องจากการหมุนของโลก ทุกสิ่งบนพื้นผิวจึงเบาลง ยิ่งอยู่ใกล้เส้นศูนย์สูตร สิ่งต่างๆ ในวงกลมก็จะมีขนาดใหญ่ขึ้นใน 24 ชั่วโมง ซึ่งหมายความว่าพวกมันหมุนเร็วขึ้นและลดน้ำหนักมากขึ้น ถ้าน้ำหนักกิโลกรัมถูกถ่ายโอนจากขั้วโลกไปยังเส้นศูนย์สูตรและชั่งน้ำหนักอีกครั้งด้วยสเกลสปริง จะพบว่าน้ำหนักที่ขาดหายไปจะแสดงโดย5 กรัม แน่นอนว่าความแตกต่างนั้นน้อย แต่ยิ่งของหนักก็ยิ่งขาดแคลนมากขึ้น รถจักรไอน้ำที่มาจาก Arkhangelsk ถึง Odessa ที่นี่เบากว่า 60 กิโลกรัม - น้ำหนักของผู้ใหญ่ และเรือรบที่มีน้ำหนัก 20,000 ลำที่มาจากทะเลสีขาวถึงทะเลดำลดน้ำหนักที่นี่ - ไม่มากก็น้อย - 80 ตัน นี่คือน้ำหนักของรถจักรไอน้ำที่ดี!

ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น? เพราะโลกที่หมุนอยู่มีแนวโน้มที่จะกระจายทุกสิ่งออกจากพื้นผิวของมัน เช่นเดียวกับร่มที่เราพบในประสบการณ์ของเราขว้างลูกบอลที่ขว้างไปออกไป เขาจะโยนมันทิ้งไป แต่สิ่งนี้ถูกขัดขวางโดยความจริงที่ว่าโลกดึงดูดทุกสิ่งมาสู่ตัวมันเอง เราเรียกสถานที่นี้ว่า "แรงโน้มถ่วง" การหมุนไม่สามารถเหวี่ยงสิ่งของออกจากโลกได้ แต่สามารถลดน้ำหนักได้ นี่คือเหตุผลว่าทำไมสิ่งต่างๆ จึงเบาลงเล็กน้อยเนื่องจากการหมุนของโลก

ยิ่งหมุนเร็วเท่าไร น้ำหนักที่ลดลงก็จะยิ่งเห็นได้ชัดเจนมากขึ้นเท่านั้น นักวิทยาศาสตร์คำนวณว่าหากโลกไม่หมุนเหมือนปัจจุบัน แต่เร็วขึ้น 17 เท่า สิ่งต่างๆ ที่เส้นศูนย์สูตรก็จะสูญเสียน้ำหนักทั้งหมด พวกมันก็จะไร้น้ำหนัก และถ้าโลกหมุนเร็วขึ้นอีก เช่น มันทำการปฏิวัติเต็มรูปแบบในเวลาเพียง 1 ชั่วโมง สิ่งต่างๆ จะสูญเสียน้ำหนักทั้งหมด ไม่เพียงแต่ที่เส้นศูนย์สูตรเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในทุกประเทศและทะเลที่อยู่ใกล้กับเส้นศูนย์สูตรด้วย

แค่คิดว่าสิ่งนี้หมายความว่าสิ่งต่าง ๆ ลดน้ำหนักลง! ท้ายที่สุดแล้ว นี่หมายความว่าจะไม่มีสิ่งใดที่คุณไม่สามารถยกได้: ตู้รถไฟไอน้ำ ก้อนหินขนาดใหญ่ ปืนใหญ่ขนาดยักษ์ เรือรบทั้งหมดพร้อมเครื่องจักรและปืนทั้งหมดที่คุณจะยกได้ราวกับขนนก และถ้าคุณทิ้งมันไว้ มันก็ไม่เป็นอันตราย พวกเขาจะไม่บดขยี้ใครเลย พวกเขาจะไม่บดขยี้คุณเพราะพวกเขาจะไม่ล้มเลย ท้ายที่สุดแล้ว พวกเขาไม่ได้ชั่งน้ำหนักอะไรเลย! พวกมันจะลอยอยู่ในอากาศโดยที่พวกมันถูกปล่อยออกจากมือ ถ้าขณะนั่งอยู่ในตะกร้าบอลลูน และคุณตัดสินใจทิ้งสิ่งของลงน้ำ สิ่งของเหล่านั้นจะไม่ตกลงไปไหน แต่จะคงอยู่ในอากาศ มันจะเป็นโลกที่น่าทึ่ง! คุณสามารถกระโดดได้สูงเท่าที่คุณไม่เคยกระโดดในฝัน: สูงกว่าอาคารและภูเขาที่สูงที่สุด แต่อย่าลืมว่ากระโดดได้ง่ายมาก แต่ไม่สามารถกระโดดกลับได้ หากคุณขาดน้ำหนักคุณจะไม่ล้มลงกับพื้นด้วยตัวเอง

จะมีความไม่สะดวกอื่น ๆ ในโลกนี้ คุณเองจะเข้าใจได้ว่าอะไร: ทุกสิ่ง - ทั้งเล็กและใหญ่หากไม่ได้ยึดติด - จะเพิ่มขึ้นจากสายลมเพียงเล็กน้อยที่แทบจะมองไม่เห็นและพุ่งไปในอากาศ ผู้คน สัตว์ รถยนต์ เกวียน เรือ ทุกอย่างจะพุ่งกระฉูดไปในอากาศ พังทลาย บิดเบี้ยว และบาดเจ็บซึ่งกันและกัน...

นี่คือสิ่งที่จะเกิดขึ้นหากโลกหมุนเร็วขึ้นมาก

คุณเคยดูชายคนหนึ่งโค่นต้นไม้จากระยะไกลหรือไม่? หรือบางทีคุณเคยเห็นช่างไม้ทำงานอยู่ห่างจากคุณและตอกตะปู? คุณอาจสังเกตเห็นสิ่งที่แปลกมาก: ไม่ได้ยินเสียงการกระแทกเมื่อขวานฟันเข้ากับต้นไม้หรือเมื่อค้อนกระแทกตะปู แต่ต่อมาเมื่อขวานหรือค้อนมาถึงแล้ว...

ในบรรดาวัสดุที่ถ่ายทอดเสียงได้ดี ฉันพูดถึงกระดูกในบทความที่แล้ว ต้องการดูว่ากระดูกกะโหลกศีรษะของคุณเองมีคุณสมบัตินี้หรือไม่? หยิบแหวนนาฬิกาพกด้วยฟันแล้วเอามือปิดหู คุณจะได้ยินเสียงการเป่าของบาลานเซอร์ที่วัดได้ค่อนข้างชัดเจน ซึ่งดังกว่าการติ๊กที่หูรับรู้ผ่านทางอากาศอย่างเห็นได้ชัด เสียงเหล่านี้เข้าถึงหูของคุณผ่าน...

อยากเห็นอะไรแปลกๆไหม..- เย็นวันหนึ่งพี่ชายหันมาหาฉัน.- มาห้องถัดไปกับฉันด้วย ห้องนั้นมืด พี่ชายหยิบเทียนแล้วเราก็ไป ฉันเดินไปข้างหน้าอย่างกล้าหาญเปิดประตูอย่างกล้าหาญและเข้าไปในห้องก่อนอย่างกล้าหาญ แต่ทันใดนั้นฉันก็ตกตะลึง: สัตว์ประหลาดไร้สาระบางตัวกำลังมองมาที่ฉันจากผนัง แบนเป็น...

“คริสโตเฟอร์ โคลัมบัสเป็นผู้ชายที่ยิ่งใหญ่” เด็กนักเรียนคนหนึ่งเขียนในเรียงความในชั้นเรียน “เขาค้นพบอเมริกาและปลูกไข่” ความสำเร็จทั้งสองดูเหมือนคู่ควรกับความประหลาดใจสำหรับเด็กนักเรียนตัวน้อยไม่แพ้กัน ในทางตรงกันข้าม Mark Twain นักอารมณ์ขันชาวอเมริกันไม่เห็นสิ่งใดที่น่าแปลกใจเลยที่โคลัมบัสค้นพบอเมริกา “คงจะน่าแปลกใจถ้าเขาไม่พบเธอทันที” และฉัน…

เทียนที่ส่องสว่างเป็นสองเท่าของระยะห่างจะอ่อนกว่าแน่นอน แต่กี่ครั้งล่ะ? สองครั้ง? ไม่ ถ้าคุณวางเทียนสองเล่มโดยเว้นระยะห่างเป็นสองเท่า เทียนเหล่านั้นจะไม่ให้แสงสว่างเท่ากัน เพื่อให้ได้แสงเท่าเดิม คุณไม่จำเป็นต้องวางเทียนสองเล่ม แต่วางเทียนสองถึงสี่เล่มในระยะห่างสองเท่า ที่ระยะสามเท่า คุณจะต้องวางไม่ใช่สาม แต่สามครั้ง...

ไม่ว่าเรือสองลำ รถรางสองคัน หรือลูกโครเกต์สองลูกจะชนกัน ไม่ว่าจะเป็นอุบัติเหตุหรือการเคลื่อนไหวอื่นในเกม นักฟิสิกส์กล่าวถึงเหตุการณ์ดังกล่าวด้วยคำสั้นๆ เพียงคำเดียว: "ผลกระทบ" การระเบิดกินเวลาชั่วครู่; แต่ถ้าวัตถุที่กระแทกดังเช่นปกติแล้วมีความยืดหยุ่นแสดงว่าในขณะนั้นมีเวลาเกิดขึ้นค่อนข้างมาก ในทุกยางยืด...

หากในอพาร์ทเมนต์ของคุณหรือในอพาร์ทเมนต์ของเพื่อนของคุณมีห้องที่มีหน้าต่างในด้านที่มีแสงแดดส่องถึงคุณสามารถเปลี่ยนเป็นอุปกรณ์ทางกายภาพได้อย่างง่ายดายซึ่งมีชื่อภาษาละตินเก่าว่า "Camera obscura" (ในภาษารัสเซียแปลว่า "มืด" ห้อง"). ในการทำเช่นนี้ คุณจะต้องปิดหน้าต่างด้วยเกราะ เช่น ทำจากไม้อัดหรือกระดาษแข็ง หุ้มด้วยกระดาษสีเข้ม แล้วทำ...

ตัวตลกในละครสัตว์บางครั้งทำให้ผู้ชมประหลาดใจด้วยการดึงผ้าปูโต๊ะออกจากโต๊ะ แต่เครื่องใช้บนโต๊ะอาหารทั้งหมด เช่น จาน แก้ว ขวด ยังคงไม่ได้รับอันตราย ไม่มีปาฏิหาริย์หรือการหลอกลวงที่นี่ - นี่เป็นเรื่องของความชำนาญซึ่งได้รับการขัดเกลาโดยการออกกำลังกายเป็นเวลานาน แน่นอนว่าคุณไม่สามารถบรรลุความชำนาญด้วยตนเองได้ แต่การทำการทดลองที่คล้ายกันใน...

ตอนนี้เรากำลังพูดถึงกล้อง obscura โดยอธิบายวิธีสร้าง แต่เราไม่ได้บอกสิ่งที่น่าสนใจสักอย่าง: ทุกคนมักจะพกกล้อง obscura ขนาดเล็กคู่หนึ่งเสมอ นี่คือดวงตาของเรา ลองนึกภาพว่าดวงตาได้รับการออกแบบเหมือนกล่องที่ฉันแนะนำให้คุณทำ สิ่งที่เรียกว่า “รูม่านตา” ของดวงตา ไม่ใช่วงกลมสีดำบนดวงตา แต่เป็นรูที่ทอดไปสู่ความมืดภายใน...

บนเวที นักมายากลมักจะทำการทดลองที่สวยงามซึ่งดูน่าประหลาดใจและแปลกประหลาด แม้ว่าจะอธิบายได้ค่อนข้างง่ายก็ตาม แท่งไม้ที่ค่อนข้างยาวถูกแขวนไว้จากวงแหวนกระดาษสองวง มันวางอยู่บนพวกเขาด้วยปลายของมัน ในขณะที่แหวนเองก็ถูกโยน: อันหนึ่งผ่านใบมีดโกน และอีกอันผ่านไปป์สูบบุหรี่ที่เปราะบาง นักมายากลหยิบไม้อีกอันขึ้นมาโจมตีอย่างสุดกำลัง...