К списку статей

Три фиктивные и одна реальная сила

%d0%a2%d1%80%d0%b8 %d1%84%d0%b8%d0%ba%d1%82%d0%b8%d0%b2%d0%bd%d1%8b%d0%b5 %d0%b8 %d0%be%d0%b4%d0%bd%d0%b0 %d1%80%d0%b5%d0%b0%d0%bb%d1%8c%d0%bd%d0%b0%d1%8f %d1%81%d0%b8%d0%bb%d0%b0
25.06.2013
Существует две точки зрения по отношению к центробежной силе. Та, которой я придерживаюсь, рассматривает ее как ложную силу. Другая считает, что она реальна. Эта точка зрения тех, кто верит, что Цой жив и здоров, но не позволяйте им повлиять на ваше мнение.
Центробежная сила является очевидной силой.
На самом деле, ее наличие осознается в  зависимости от нашей системы отсчета. Это одна из трех важнейших сил в физике, которые называют фиктивными силами. Две другие фиктивные силы: сила Кориолиса и ньютоновская (или эйлереровская) простая сила ускорения. Основное различие между фиктивной силой и реальной состоит в том, что реальные силы основаны на взаимодействии материй.
Сила ускорения
Когда вы нажимаете на педаль газа, ваш автомобиль ускоряется, и вы думаете, что чувствуете силу, толкающую вас назад на свое место. После завершения ускорения, когда скорость становится постоянной, кажется, что эта сила исчезает. Само собой разумеется, никакая сила не толкает вас назад. Это результат силы, направленной вперед, необходимой для вашего ускорения вместе с автомобилем.
Простая ньютоновская сила ускорения лучше всего описывается принципом эквивалентности Эйнштейна. В нем говорится, что никто не может различить реальную и фиктивную силы, находясь в одной и той же системе отсчета. Таким образом, космический корабль, ускоряющийся на 10 метров в секунду в космическом пространстве, создаст силу, неотличимую от силы тяжести для наблюдателя внутри корабля.
Эйнштейн предположил, что даже гравитация может быть ложной силой, но он пришел к выводу, что сила тяжести (или любой ее компонент) можно считать ложной силой только в одной точке. Это привело его к предположению, что геометрия Земли и вселенной не может быть объяснена в евклидовых терминах. Сила тяжести в четырехмерном пространстве - где сумма углов треугольника не обязательно равна 180 градусам, - может значительно отличаться.
Сила Кориолиса
Действие силы Кориолиса  - кажущееся отклонение от пути объекта, который перемещается внутри вращающейся системы координат. Объект фактически не отклоняется от своего пути. Эффект проявляет себя из-за движения системы координат. В случае Земли, сила является результатом вращения Земли на восток и различных тангенциальных скоростях на различных широтах.
Если выстрелить из дальнобойного орудия в направление Северного полюса из точки на экваторе, его снаряд приземлится к востоку от пути на север. Это происходит потому, что снаряд движется быстрее на восток на экваторе, чем его цель дальше к северу.
Противоположное происходит, когда направление к экватору. Если самолет вылетает из Мурманска в Алматы, то он будет над Узбекистаном, когда достигнет широт Алматы.  Сила Кориолиса также приводит к тому, что ураган вращается против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в южном полушарии. Данное явление, однако, не имеет доказанного влияния на вращение слива туалетов в обоих полушариях.
Центробежная сила
Голландский физик и изобретатель маятниковых часов, Христиан Гюйгенс, ввел термин центробежной силы в 1659 году. Гюйгенс считал, что центробежная сила была реальной силой. Его теория была поддержана немецким математиком Готфридом Лейбницем. Исаак Ньютон, казалось сначала поддерживал теорию, но, в конечном счете, отказался от нее. В 1684 году он придумал термин центростремительной силы, чтобы описать то, что он считал единственной силой, которая действовала на тело в круговом движении.
 
Три фиктивные и одна реальная сила. Направление движения против часовой стрелки банки, раскачиваемой на нитке
Рис 1. Направление движения против часовой стрелки банки, раскачиваемой на нитке
 
И только к середине 1700-х годов, наше нынешнее понимание центробежной силы как фиктивной, было нарушено. В 1746 году Даниил Бернулли сказал: "Мысль о том, что центробежная сила фиктивна, проявляет себя безошибочно".
На рисунке 1 показана банка, прикрепленная на нитке и раскачиваемая против часовой стрелки. Это распространенное заблуждение, что центробежная сила вытолкнет банку наружу: если нитка порвется, сила вытолкнет банку наружу (на восток). На самом деле, если нитка рвется, банка будет двигаться по прямой линии, касательной к своей круговой траектории. Она делает это просто потому, что никакая центробежная сила не действует на нее.
Единственной реальной силой, действующей на банку, до разрыва нити (без учета силы тяжести), является центростремительная сила, создаваемая самой нитью. Именно эта центростремительная сила, которая ведет банку по круговой траектории. Подобным образом, гравитация Земли обеспечивает центростремительную силу, которая удерживает Луну в почти круговой орбите. Именно трение между шинами автомобиля и дорогой обеспечивает необходимую центростремительную силу для того, чтобы двигаться по кривой.
Предположим, что человек находится внутри вертящейся банки. Банка создает упор на его ноги и обеспечивает центростремительную силу, которая держит его в круговой траектории. В нашей системе отсчета вне банки, ясно, что этот эффект обусловлен инерцией или тенденцией объекта следовать прямолинейной траектории (как это доказывает первый закон Ньютона). Однако если мы изменим нашу систему отсчета с инерционной (стационарной) на ту, что вращает банку, мы потеряем нашу первоначальные перспективу и испытаем нечто другое. Мы будем чувствовать силу, которая тянет наши тела в нижнюю часть банки. Хотя она кажется реальной, это не сила вообще. Это эффект инерции наших тел. Для наблюдателей во вращающейся системе, центробежная сила кажется реальной силой.
А как насчет аппарата, который мы называем центробежным насосом? Является ли его работа основанной на центробежной силе? Если это так, то он должен работать под ложными предлогами. Хотя это математически сложно, работа центробежных насосов интуитивно проста. Рабочее колесо насоса лопастями направляет жидкость по все возрастающему радиусу, пока тот находится во вращающейся системе. Этот процесс приводит жидкость в непрерывное ускорение, когда она проходит по радиусу и достигает максимальной скорости, когда достигнет периферии крыльчатки.   Затем она течет в спираль насоса, где скорость преобразуется в давление.
Как же тогда мы должны называть такой насос? Может быть, мы могли бы назвать его радиально ускорительным насосом или вращающимся инерционным насосом или просто насосом с крыльчаткой. Хотя многие описания могут быть более точными, я боюсь, что мы запутаемся с центробежными силами.
 
И не забывайте, что главная страница нашего сайта, посвященная центробежным насосам, находится здесь.
 
 
Материал подготовила Ирина Смородина для каталога нагнетательного оборудования zenova.ru.

Вас также может заинтересовать

15.04.16

Сравнительный тест 1/2 дюймовых насосов

Подробнее
15.04.16

Сравнительный тест 1/2 дюймовых насосов

Подробнее
15.04.16

Сравнительный тест 1/2 дюймовых насосов

Подробнее
15.04.16

Сравнительный тест 1/2 дюймовых насосов

Подробнее

Похожие статьи

Оформить заказ