أمثلة القوة المركزية: حقائق مفصلة


في هذه المقالة ، سنناقش بعض أمثلة القوة المركزية باختصار ، وسنتفهم الحقائق التفصيلية.

فيما يلي قائمة بأمثلة القوة المركزية: -

الحركة الدائرية المنتظمة:

كائن يتبع مسارًا دائريًا دون تغيير سرعته ، ثم يُقال إن الجسم يتحرك في حركة دائرية منتظمة. يرجع تسارع الجسم إلى السرعة المتغيرة التي تُرى بشكل أساسي لأن اتجاه مكون السرعة يتغير باستمرار حيث تكون القوة مماسًا للمسار الدائري للجسم. على الرغم من أن سرعة الأجسام تختلف باختلاف القوة العرضية ، إلا أن سرعة الأجسام تظل كما هي.

إذا انخفضت سرعة الجسم قليلاً ، فسوف يتسارع الجسم للداخل. هذا لأن القوة موجهة نحو المركز المتعامد مع حركة الجسم.

العجلة الناتجة عن الحركة الدائرية تساوي

[اللاتكس] أ = \ omega ^ {2} ص [/ لاتكس]

لذلك ، القوة على الجسم

[اللاتكس] F = ma = m \ omega ^ {2} r [/ latex]

انظر الصورة المصدر
الحركة الدائرية المنتظمة؛
الصورة الائتمان: كومة أوراق

ركوب أرض المعارض:

أمثلة القوة المركزية
ركوب أرض المعارض حقوق الصورة: توين سيتي

يجب أن تكون قد صادفت جولة في أرض المعارض في المتنزهات الترفيهية. وتتكون من كراسي معلقة بخيوط متصلة بقرص دائري كبير في المنتصف. أثناء دوران هذا القرص ، ستدور الخيوط المرفقة به مع جلوس شخص على كرسي في حركة دائرية.

لا تتمتع رحلة أرض المعارض بحركة دائرية منتظمة حيث أن السرعة ليست ثابتة واتجاه السرعة يتغير باستمرار. في حين أن القوة موجهة نحو المركز وسرعة الشخص الجالس على الكرسي متعامدة مع اتجاه القوة. هذه قوة جاذبة وبسبب قوة الجاذبية المركزية ، ينتج توتر في سلك متصل بالكرسي يوازن بين قوة الجاذبية والجاذبية.

سيارة تأخذ منعطفًا على مسار دائري:

انظر الصورة المصدر
سيارة تأخذ منعطفا
الصورة الائتمان: علوم متجددة

عندما تأخذ السيارة منعطفًا في مسار دائري ، تعمل قوة مركزية نحو الداخل من أجل تحييد قوة الطرد المركزي المؤثرة في الخارج. توفر قوة الاحتكاك بين الإطارات والطريق المعدني قوة جذب مركزي ضرورية للسيارة لكي تأخذ منعطفًا.

السيكلوترون جهاز لتحطيم نوى الذرات:

مفهوم
السيكلوترون. حقوق الصورة: توبر

يعمل السيكلوترون على مبدأ الكهرومغناطيسية التي لها مجالات كهربائية ومغناطيسية متعامدة مع بعضها البعض وتتسارع الجسيمات المشحونة في هذا المجال لتصل إلى طاقات عالية. يتكون من قرصين لهما شكل شبه دائري على شكل D يسمى Dees.

ترددات الجسيمات التي تدور داخل السيكلوترون لا تعتمد على الطاقات المرتبطة بالجسيمات. عندما يتم إطلاق الجسيم داخل السيكلوترون ، يسمح المجال الكهرومغناطيسي للجسيم بالذهاب في مسار دائري داخل كلا Dees. يتم تسريع الجسيم بسبب المجال الكهربائي. يزيد تسارع الجسيم من طاقة الجسيم. مع زيادة الطاقات ، يزداد أيضًا نصف قطر المسار الدائري الذي يقطعه الجسيم. يوجه المجال المغناطيسي الجسيمات لإظهار حركة دائرية.

الجرافيترون:

ركوب Gravitron هو شيء مثير آخر للقيام به في مدينة الملاهي. يُجبر الشخص على الوقوف في مواجهة الجدار الأسطواني وتزداد سرعة الجرافيترون تدريجيًا. عندما تصل سرعة دوران الجرافيترون إلى مستوى عالٍ جدًا ، تتم إزالة الأرضية الموجودة أسفل الشخص الواقف ولكن من المدهش أن يظل الفارس ملتصقًا بجدار الجرافيترون.

الراكب الواقف من الداخل الجرافيترون يواجه قوة الطرد المركزي التي تساوي ثلاثة أضعاف القوة الناتجة عن الجاذبية ، مما يسمح للفرسان بالبقاء متصلين بجدار الجرافيترون بخلاف السقوط عند إزالة الأرض تحته.

مراوح السقف:

يعتمد دوران المراوح على الجزء المتحرك المثبت عليه. يعمل الدوار على مبدأ الكهرومغناطيسية. نظرًا لتدفق التيار في الملف ، يتم تحفيز المجال المغناطيسي في الملف الذي ينتج عزمًا حول محور الدوار. يتم صد المغناطيسات الموجودة في دوار المروحة بواسطة الجزء الثابت مما يساعد على زيادة سرعة الدوار. يتنافر العضو الدوار والجزء الثابت عن بعضهما البعض في كل دورة. تجعل الحركة الدائرية للدوار ريش المروحة تتحرك في حركة دائرية منتظمة. ومن ثم ، فهو أيضًا أحد أمثلة القوة المركزية.

طاحونة هوائية:

انظر الصورة المصدر
دوران طاحونة الهواء للشفرات. اعتمادات الصورة: مولد التوربينات

طواحين الهواء تحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية طاقة؛ وتستخدم أيضًا لطحن الحبوب واستخراج الزيت من البذور وضخ المياه من تحت الأرض وما إلى ذلك.

عندما تتحرك الشفرات عندما تكون هناك سرعة رياح كافية لتحريك الشفرات ، يبدأ العمود في الدوران لإنتاج طاقة ميكانيكية من طاقة الرياح. يساعد المحرك على زيادة عدد الدورات في الثانية ، والتي يتم توصيلها بعد ذلك بمولد لتحويل الطاقة الميكانيكية التي يتم الحصول عليها إلى طاقة كهربائية. ال مثال على ذلك حركة ريش طواحين الهواء لقوة مركزية. تكون سرعة الشفرة في مسار دائري والقوة المركزية التي تعمل باتجاه المركز تجعل المحرك يدور بسرعة عالية.

حركة الإلكترونات حول النواة:

انظر الصورة المصدر
حركة الإلكترونات حول النواة ؛
الصورة الائتمان: المخملية

تتركز الكتلة الضخمة التي تتكون منها الذرة في المركز المسمى نواة الذرة وتوجد الكتل الأخف تدور حول نواة الذرة.

كتلة البروتون مp = 1.67 * 10-27 [لاتكس] m_ {p} = 1.67 \ مرات 10 ^ {- 27} [/ لاتكس]

كتلة النيوترون مn = 1.76 * 10-27 [لاتكس] m_ {n} = 1.67 \ مرات 10 ^ {- 27} [/ لاتكس]

كتلة الإلكترون مe = 9.1 * 10-31 [لاتكس] m_ {e} = 9.1 \ مرات 10 ^ {- 31} [/ لاتكس]

كتلة الإلكترون صغيرة جدًا مقارنة بالبروتون والنيوترون. الإلكترون هو جسيم سالب الشحنة والبروتونات تضيف شحنة موجبة داخل النواة لأن النيوترونات ليس لها شحنة ، والفرق في الشحنات ينجذب نحو بعضها البعض ، لكن الطول الموجي للإلكترونات أكبر بكثير من نصف قطر البروتون وبالتالي الإلكترونات والبروتونات لا تتصادم مع بعضها البعض.

يرتبط الإلكترون الدوار بقوة الطرد المركزي التي توازن قوة التجاذب بين الجسيمين المشحونين بشكل معاكس ويهرب الإلكترون الذي يسقط في النواة.

الأقمار الصناعية حول الأرض:

انظر الصورة المصدر
قمر يدور حول الأرض ؛
الصورة الائتمان: قرة

القمر الصناعي حول الأرض يدور في الحركة الدائرية المنتظمة بسبب جاذبية الأرض. نظرًا لأن كتلة الأرض أكبر بكثير من كتلة القمر الصناعي ، فإن القمر الصناعي يواجه القوة تجاه مركز الأرض وتظل سرعة القمر الصناعي متعامدة مع اتجاه القوة التي تميل إلى إبقاء القمر الصناعي يدور في شكل دائري تدور حول الأرض.

سيتحرك القمر الصناعي في حركة دائرية منتظمة حول الأرض تحت تأثير قوة الجاذبية المعطاة بواسطة F = mv2/ r [latex] F = \ frac {mv ^ {2}} {r} [/ latex] الذي يوازن قوة الجاذبية وبالتالي ،

mv2/ ص = G * (مم) / ص2

[اللاتكس] \ frac {mv ^ 2} {r} = G \ frac {Mm} {r ^ 2} [/ اللاتكس]

[اللاتكس] v = \ sqrt {\ frac {GM} {r}} [/ اللاتكس]

"v" هي سرعة الأقمار الصناعية الاصطناعية التي تدور حول كوكب الأرض.

عجلة فيريس:

عجلات Ferris هي عجلة عملاقة في مدن الملاهي تدور لأعلى بمساعدة التروس والمحركات ، بينما تسحب جاذبية الأرض العجلة إلى الوضع الطبيعي ويتكرر هذا. العجلة تدور حول محور مركزي. القوة المستحقة ل تسارع الجاذبية الذي يعمل باتجاه مركز العجلة هو

[اللاتكس] F = m \ omega ^ {2} r [/ latex] حيث يكون [latex] \ omega [/ latex] التسارع الزاوي و r نصف قطر العجلة.

القوة المؤثرة على الراكب هي عبارة عن تأثير مشترك لقوة الجاذبية المركزية والقوة الناتجة عن الجاذبية. ال تختلف كتلة الراكب باختلاف عجلة الجاذبية المركزية والجاذبية.

تسريع عجلة فيريس. حقوق الصورة: RealWorldPhysics

عندما تتحرك عجلة من الأسفل إلى الأعلى ، فإنها تحتاج إلى قوة كافية للتحرك لأعلى معاكسة لسحب الجاذبية لأسفل. تسارع عجلة ما يشير إلى الأعلى. القوة المؤثرة على الجسم هي مجموع تسارع الجاذبية وكذلك قوة الجاذبية المعطاة كـ

F = م (ز + أ)

[اللاتكس] F = m (g + a) [/ latex]

أين

[اللاتكس] أ = \ omega ^ {2} ص [/ لاتكس]

مع ارتفاع الارتفاع عن الأرض ، تزداد الطاقة الكامنة للجسم ويشعر الراكب بثقل وزنه.

عند الوصول إلى قمة العجلة ، فإن تسارع الجاذبية يشير الآن إلى أسفل. ستكون القوة التي يتعرض لها الشخص الآن في حدها الأدنى لأن الجاذبية نفسها تسرع العجلة إلى أسفل ، ومن ثم فإن القوة الكلية التي يتعرض لها الجسم هي [اللاتكس] F = m (g + a) [/ latex].

في هذه المرحلة ، يتم تحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية ويتسارع الجسم بحرية إلى أسفل دون التعرض لأي قوة. يمكن أن يسمى هذا أيضًا السقوط الحر للجسم. ومن ثم ، يشعر الراكب بأنه أخف وزنا من هذه النقطة حتى الوصول إلى أسفل العجلة حيث تصبح الطاقة الحركية للجسم صفرًا تقريبًا وتعيد بناء الطاقة الكامنة.

خلاط طاحونة:

يدور العمود بسبب قارنة المحرك على الوحدة الرئيسية وفي قاعدة جرة الطحن. مع عمود الدوران ، تدور أيضًا الشفرة المتصلة بالعمود وتساعد في طحن الخليط. يرتبط دوران الشفرة بمحور القوة المركزية في العمود. يؤدي دوران الشفرات إلى ضبط جزيئات الطعام في حركة دائرية ؛ هذا يخلق فراغًا في المركز ويحرك الجزيئات نحو جوانب البرطمان.

ما هي القوة المركزية

القوة المؤثرة على الجسيم أو الجسم الموجه نحو نقطة ثابتة في المركز على طول الخط الذي يربط الجسم في الفضاء ويعتمد حجم القوة على المسافة بين الجسم والتركيز يسمى القوة المركزية.

يبدأ العمل فقط على طول الخط الذي ينضم إلى الكائنين المتفاعلين تجاه بعضهما البعض ويتم ممارسته في وسط الجسمين.

الزخم الزاوي الذي يمتلكه الكائن في مسار دائري ثابت. إجمالي الشغل الذي يقوم به الكائن المتحرك هو صفر ، وبالتالي فإن إجمالي الطاقة ثابت. لذلك فهي قوة محافظة.

القوة المركزية هي نفس قوة الجاذبية المركزية وهي قوة مؤثرة على الجسم بشكل عمودي على سرعته وتخضع لقوة عرضية تميل إلى إبقاء الجسم في مسار دائري.

قراءة المزيد عن هي قوة الجاذبية قوة اتصال: لماذا وكيف ومتى وحقائق مفصلة.

الأسئلة المتكررة

هل القوة المركزية قوة اتصال؟

عندما يتم تطبيق القوة على أي جسم من خلال الاتصال الجسدي مع ذلك الجسم ، يُعرف باسم قوة الاتصال ، وبالتالي لا يمكن أن تكون القوة المركزية قوة اتصال.

القوة المركزية هي عندما تتعرض القوة نحو المركز بين الكائنات عند التركيز في الفضاء. يرتبط بالمجال أو قوة الجذب بين الكائنات المفصولة بالمسافة.

هل القوة الكهرومغناطيسية قوة مركزية؟

القوة الكهرومغناطيسية هي القوة المركزية.

يتحرك جسيم في المجال المغناطيسي على طول الاتجاه العمودي للقوة المسؤولة عن الحركة الدائرية للجسيم الموجود في المجال. تعمل القوة تجاه مركز هذا المسار الدائري الذي يصل إليه الجسيم المتحرك.

أكشيتا ماباري

مرحبًا ، أنا أكشيتا ماباري. لقد حصلت على ماجستير. في الفيزياء. لقد عملت في مشاريع مثل النمذجة العددية للرياح والأمواج أثناء الإعصار ، وفيزياء اللعب وآلات التشويق الآلية في مدينة الملاهي على أساس الميكانيكا الكلاسيكية. لقد تابعت دورة تدريبية حول Arduino وأنجزت بعض المشاريع الصغيرة على Arduino UNO. أحب دائمًا استكشاف مناطق جديدة في مجال العلوم. أنا شخصياً أعتقد أن التعلم يكون أكثر حماساً عندما يتعلم بالإبداع. بصرف النظر عن هذا ، أحب القراءة ، والسفر ، والعزف على الجيتار ، وتحديد الصخور والطبقات ، والتصوير ، ولعب الشطرنج. اتصل بي على LinkedIn - LinkedIn.com/in/akshita-mapari-b38a68122

آخر المقالات

الارتباط هل المجال الكهربائي متجه؟ 5 حقائق يجب أن تعرفها

هل المجال الكهربائي متجه؟ 5 حقائق يجب أن تعرفها

يتم إنشاء المجال الكهربائي بسبب الجسيمات المشحونة. ستوضح هذه المقالة ما إذا كان المجال الكهربائي هو كمية قياسية أو كمية متجهة. المجال الكهربائي هو متجه لأنه يحتوي على ...