Forza centripeta e forza centrifuga sono due termini che gli studenti di fisica comunemente confondono o fraintendono.

Un tipico malinteso è che la forza centripeta è diretta verso il centro del percorso circolare di un oggetto, mentre la forza centrifuga è diretta verso l'esterno, come se i due agissero in direzioni opposte. Tuttavia, solo una di queste è in realtà una forza reale reale!
Forza centripeta vs. forza centrifuga

L'unica forza che causa il movimento circolare di un oggetto è forza centripeta
, che è sempre diretto verso il centro del percorso circolare. Se un'auto sta arrotondando una curva, ad esempio, la forza centripeta che la fa muovere in una curva anziché in una linea retta viene diretta lungo il raggio del cerchio che l'auto sta tracciando.

Suggerimenti

La forza centrifuga è una forza fittizia, nel senso che non è una forza reale. La forza centripeta è reale.

La forza centrifuga
, d'altra parte, non esiste. "Ritorno al futuro", il termine è stato inventato per aiutare a descrivere qualcosa di immaginario, anche se basato su alcune osservazioni reali. Gli effetti del muoversi in un cerchio tendono a far sembrare un oggetto come "volare" verso l'esterno e l'idea di una forza diretta verso l'interno che provoca tale esperienza può inizialmente sembrare sconcertante.
Centrifugo La forza è una sensazione

Quando un'auto fa una svolta a sinistra, i passeggeri potrebbero sentirsi "lanciati" a destra dell'auto. O nella parte inferiore di un anello sulle montagne russe, i cavalieri possono sentirsi spinti verso il basso nei loro posti.

Questi sentimenti sono il risultato di inerzia;
tuttavia, non una forza (sebbene possa essere indicato come forza apparente
). L'inerzia descrive la tendenza di un oggetto a resistere ai cambiamenti nel suo movimento, come descritto dalla Prima Legge di Newton, la Legge di inerzia.

Quando l'auto fa una svolta improvvisa, o le montagne russe si tuffano, l'umano i corpi all'interno si stanno già muovendo con una certa velocità in una direzione particolare. Secondo la Legge d'inerzia, questi corpi inizialmente resistono e cambiano velocità.

I passeggeri si stanno ancora muovendo in avanti nello spazio quando l'auto inizia a girare bruscamente a sinistra, quindi piuttosto che essere "lanciata" a destra, "l'auto in realtà sta schiantandosi contro di loro da sinistra mentre si muove improvvisamente.
Quando i loro corpi raggiungono e iniziano a muoversi anche a sinistra, la sensazione di schianto termina.

Allo stesso modo nelle montagne russe, i corpi si stanno ancora muovendo verso il basso quando le montagne russe iniziano a spingerli verso l'alto. Fino a quando i loro corpi non raggiungono la nuova velocità delle montagne, si sentono come se fossero lanciati contro i carri esterni. I loro corpi si stanno ancora muovendo verso i carri mentre i carri ora si muovono verso i loro corpi.
Come funziona la forza centripeta

La forza centripeta è solo una parte della ricetta per far muovere qualcosa in un cerchio. L'altro ingrediente è velocità lineare
. Un oggetto deve muoversi quando una forza centripeta agisce ad angolo retto rispetto al suo movimento affinché si muova in un cerchio.

Considera una palla all'estremità di una corda. Perché una persona lo faccia girare intorno alla testa, deve prima lanciarlo con una componente orizzontale (in altre parole, non direttamente dentro o lontano da se stesso). La persona tira la corda e la palla inizia a girarla piuttosto che volare fuori.

Due cose devono continuare ad accadere perché la palla sulla corda continui a girare: la persona deve continuare a tirare la corda tesa trascinandolo), e
devono continuare ad aggiungere lievi gomiti orizzontali per mantenere il movimento lineare della palla, che altrimenti rallenterebbe dall'attrito con l'aria. (Nello spazio, tuttavia, la persona dovrebbe solo tirare la corda insegnata poiché la palla non perderebbe alcuna della sua velocità lineare mentre gira nel vuoto.)

Se la palla non si muoveva e la persona tirava la corda tesa, la palla si spostava semplicemente verso l'interno, non un cerchio. Se la palla si stava allontanando direttamente dalla persona, e hanno tirato la corda, prima la palla avrebbe rallentato, quindi avrebbe cambiato direzione e si sarebbe spostata di nuovo verso la persona, di nuovo non un cerchio.

In questi casi , non avrebbe nemmeno senso chiamare la forza trasmessa attraverso la corda una forza centripeta. È semplicemente una forza applicata di tensione sulla palla.
Fonti di forza centripeta

La parola centripeta
è solo un modo per descrivere qualsiasi forza che agisce perpendicolarmente alla velocità lineare di un oggetto. Molti tipi di oggetti o interazioni possono fornire forze centripete.

Ad esempio, come già accennato, una corda che gira in un cerchio fornisce forza centripeta a un oggetto legato alla sua estremità. Un'auto che gira intorno a una curva sperimenta la forza centripeta dall'attrito tra le sue gomme e la strada. Un satellite in orbita continua a muoversi in un cerchio a causa della forza gravitazionale che fornisce una forza centripeta verso il centro della Terra.

In ciascuno di questi casi, se la fonte della forza centripeta veniva rimossa improvvisamente, la corda , l'attrito o la gravità, l'oggetto smetterebbe di muoversi in un cerchio. Più specificamente, volerebbe via in una tangente a quel cerchio con qualunque velocità lineare avesse.
Forza centripeta e accelerazione centripeta

Perché la forza centripeta è diretta verso il centro del percorso circolare e della forza centrifuga di un oggetto non esiste per contrastarlo
, l'oggetto che si muove in un percorso curvo deve sperimentare una forza netta verso il centro del cerchio.

Dalla Seconda Legge di Newton, F \u003d ma , ne consegue che una forza netta provoca un'accelerazione. In effetti, tutto ciò che si muove in un cerchio ha un'accelerazione, indicata come accelerazione centripeta
, verso il centro del cerchio.

Ciò può sembrare contro-intuitivo, considerando che un'accelerazione significa un cambiamento velocità, ma molte cose si muovono in un cerchio a una velocità apparentemente costante.

Qui aiuta a ricordare che la velocità è un vettore, con una magnitudo e una direzione, e cambiando uno di questi risultati in un nuovo velocità. Mentre un oggetto si muove in un cerchio, sia la sua velocità lineare che l'accelerazione centripeta cambiano costantemente direzione; in qualsiasi punto lungo il percorso, le frecce per ciascun vettore saranno rivolte in modo diverso rispetto a qualsiasi altro punto lungo il percorso.

Quindi l'oggetto continua a viaggiare alla stessa velocità
ma con una direzione in costante cambiamento. I fisici lo descrivono come movimento circolare uniforme


Come regolare il movimento circolare

Poiché la forza centripeta è sempre perpendicolare alla velocità lineare di un oggetto, descrive il raggio del percorso circolare dell'oggetto. Pertanto, maggiore è la forza centripeta, più difficile sarà il "rimorchiatore" verso l'interno, più stretto o piccolo sarà il cerchio e più ampia sarà la forza centripeta, maggiore sarà il percorso circolare.

Questo potrebbe avere senso intuitivamente: tirando la corda che tiene la palla o prendendo una curva su una superficie appiccicosa con più attrito rispetto a una liscia, come il ghiaccio, si tradurranno entrambi in piccoli movimenti circolari. Ricorda solo che in ogni situazione l'unica forza che causa il movimento circolare è una forza interiore, centripeta. Nessuna forza centrifuga spinge mai un oggetto "fuori" in un cerchio.