FISA DIDACTICA Forta centripeta

FISA DIDACTICA

Forta centripeta

Pentru a mentine un corp pe o traiectorie circulara, trebuie aplicata asupra acestuia o forta numita forta centripeta ( in latina = care tinde sa se apropie de centru), care imprima corpului acceleratia centripeta, conform principiului al II-lea al dinamicii. Modulul acestei forte este dat de relatia:

Aceasta forta este directionata pe suportul vectorului acceleratie centripeta si are acelasi sens, deci spre centrul de rotatie. Forta centripeta nu este un nou tip de forta; natura fortei centripete este diferita in diferite situatii, dupa cum rezulta din exemplele urmatoare:

.  in cazul unui corp legat de o sfoara si rotit in plan orizontal sau vertical, forta centripeta este o forta elastica data de fir.

.  Pentru Luna, care se roteste in jurul Pamantului pe o orbita circulara, forta centripeta este forta de atractie gravitationala exercitata de Pamant asupra Lunii.

.  Pentru un electron care se roteste in jurul nucleului atomic, forta centripeta este forta de atractie dintre electron si nucleu, de natura electrostatica.

Forta centripeta este o forta reala, care obliga corpul sa descrie o traiectorie circulara, opunandu-se ca efect fortei centrifuge, o forta care tinde sa scoata corpul de pe traiectoria circulara, imprimandu-i o miscare pe directia razei cercului.

Forta centrifuga

Forta centrifuga este o forta care tinde sa scoata corpul de pe traiectoria circulara, imprimandu-i o miscare pe directia razei cercului.

Experiment 1:

Punem in evidenta forta centrifuga, daca corpul pe care-l rotim il legam de centrul de rotatie, prin intermediul unui dinamometru sau resort elastic.

Ce observati la dinamometru cand rotim corpul?

Reprezentati printr-un desen aceasta forta!

Forta centrifuga este o forta fictiva, nu exista decat pentru observatorul aflat in interiorul sistemului legat de corp ( sistem de referinta neinertial). Ea este determinata de inertia corpului si nu se datoreste unei interactiuni mecanice, de aceea se numeste mai complet forta centrifuga de inertie.

Aceasta forta are aceeasi directie, aceeasi marime, dar sens opus fortei centripete

Aparitia fortei centrifuge in cazul miscarii circulare uniforme are multe aplicatii in stiinta si in tehnica, precum si in viata cotidiana:

Uscatorul centrifugal al masinii de spalat; prin rotirea rapida a vasului interior perforat, lichidul iese in vasul exterior, fiind impins spre exterior de catre forta centrifuga.

Dispozitivul centrifugal pentru scos mierea din faguri;

Storcatorul centrifugal de fructe;

Separatorul centrifugal cu viteze de rotatie foarte mari folosite in bilogie si chimie pentru pentru a selecta moleculele dupa masa lor sau pentru a separa diferite componente ale sangelui;

Simulatoare de zbor, unde este simulata starea de imponderabilitate pentru pregatirea pilotilor de avioane supersonice pe principiul forta centrifuga este egala cu greutatea si de sens opus;

Pompa centrifuga aparat bazat pe efectul fortei centrifuge i folosit la pomparea apei

Experiment 2:

Punem pe masina centrifuga un inel elastic din otel ce poate aluneca liber pe un ax vertical.

Ce observati la rotatia inelului?

Cum explicati turtirea Pamantului la poli?

Forta centrifuga la curbe :

Pentru a evita lunecarile laterale (sau deraierea trenului), trebuie ca rezultanta dintre greutatea vehiculului si forta centrifuga, ambele aplicate in centrul de greutate, sa fie perpendiculara pe suprafata drumului. (vezi figura )

unde r este raza de curbura

In figura alaturata se vede ca :

 

Daca aceasta forta cade perpendicular pe drum, ambele sine sunt egal solicitate. Unghiul de inclinare nu depinde de masa vehiculului, ci doar de viteza lui si de raza de curbura.

La viraje, biciclistii si motociclistii se inclina spre centrul de rotatie pentru a nu cadea.

Realizati un desen al fortelor in acest caz !

Probleme:

La ce distanta maxima de centru poate fi asezata o moneda pe un CD care se roteste cu frecventa de 78 rot/ min pentru ca moneda sa nu alunece? Coeficientul de frecare este

Un patinator are viteza de 36Km/h, = 0,1. Cu ce unghi maxim se poate inclina acesta fara a cadea? Care este raza minima de viraj?