Физика для любознательных. Том 2. Наука о Земле и Вселенной. Молекулы и энергия | страница 126
Сила, которая тянет тело к центру орбиты, изменяя лишь направление скорости, называется центростремительной. В противоположность этому сила, которая приводит к тому, что тело удаляется от центра, называется центробежной. Вы часто слышите эти названия, но, к сожалению, этот термин вводит в заблуждение, когда его применяют к движущимся телам. Конечно, существует направленная наружу центробежная сила, действующая на «партнера», расположенного в центре, например на человека, который держит веревку с вращающимся на ней камнем. Такой подход вносит путаницу в определение силы, действующей на движущееся тело. Поэтому термина «центробежная сила» лучше избегать. Однако, поскольку он широко распространен, особенно среди инженеров, мы должны будем вернуться к нему позднее и вкратце обсудить его значение.
Центростремительная сила. Mv>2/R
Если масса М движется по окружности с радиусом R с постоянной скоростью v, то должно существовать реальное воздействие, обеспечивающее необходимую силу, равную Mv>2/R (фиг. 116, а). Если результирующая реальных сил, действующих на М, больше Mv>2/R, то скорость тела будет увеличиваться в направлении к центру и оно будет двигаться по свертывающейся спирали. Если действующие силы слишком малы, то траектория будет представлять собой раскручивающуюся спираль (фиг. 116, б). Существует много механических систем, в которых, как показано в приводимых ниже примерах, эта сила соответствует необходимой величине. Теперь мы подробно рассмотрим некоторые примеры движения по окружности — от камня на веревке до современной центрифуги.
Фиг. 216. Движение по окружности
Камень вращается на веревке. Веревка растягивается до тех пор, пока ее натяжение не станет равным силе Mv>2/R, тянущей внутрь.
Тележка в «мертвой петле». На тележку действует сила тяжести и сила со стороны рельсов. Если пренебречь трением, то можно считать, что сила, действующая со стороны рельсов, направлена перпендикулярно им. Продолжите это обсуждение, отвечая на вопросы задачи 3.
Задача 3
Предположим, что тележка выполняет мертвую петлю, как это показано на фиг. 117. Чтобы тележка двигалась по окружности, в точке А должна действовать некоторая сила.
Фиг. 117. К задаче 3.
а) Какое направление должна иметь эта сила?
б) Что обеспечивает эту силу?
в) Какая другая сила (силы) должна действовать в точке А на тележку?
г) Какое влияние должна оказывать эта другая сила (силы) на движение тележки?
[Замечание. Отвечая на вопрос (
