Centrifugalna sila

Razlikovati od pojma centripetalna sila.

Centrifugalna sila jest sila kojom se u rotirajućim sustavima objašnjava spontano ubrzano gibanje tijela u smjeru od središta vrtnje. Sila nema materijalan uzrok nego se opaža u neinercijskim sustavima zbog gibanja pri kojem se brzina ili barem smjer brzine svih dijelova sustava mijenjaju; zbog toga se ponekad naziva fiktivnom ili pseudosilom. Ime centrifugalan označava ono što se pomiče ili bježi iz središta ili centra.

Djeca pri pokretanju vrtuljka osjećaju silu koja ih odbacuje od središta vrtnje, a prestanak gibanja naviše tumače uravnoteženjem sile teže, sile od napetosti lanaca i centrifugalne sile. Promatrač sa zemlje u konačnici opaža jednoliko kružno gibanje za koje je potrebna sila koja djeluje centripetalno, a koja dolazi od rezultante sile teže i sile od napetog lanaca: djeca za nj nisu u ravnoteži sila jer postoji stalno ubrzanje prema središtu vrtnje.

Klasična mehanika

$\mathbf {F} ={\frac {\mathrm {d} }{\mathrm {d} t}}(m\mathbf {v} )$ drugi Newtonov zakon

povijest klasične mehanike kronologija klasične mehanike Grane statika • dinamika/kinetika • kinematika • primjenjena mehanika • nebeska mehanika • mehanika kontinuuma • statistička mehanika Formulacije Newtonova mehanika (vektorska mehanika) analitička mehanika: Lagrangeova mehanika Hamiltonova mehanika Osnovni koncepti prostor • vrijeme • brzina • masa • ubrzanje • gravitacija • sila • impuls sile • spreg sila/moment sile • količina gibanja • kutna količina gibanja • tromost • moment tromosti • referentni okvir • energija • kinetička energija • potencijalna energija • rad • virtualni rad • D'Alembertovo načelo Ključne teme kruto tijelo • dinamika krutog tijela • Eulerove jednadžbe gibanja • gibanje • Newtonovi zakoni gibanja • Newtonov zakon gravitacije • jednadžbe gibanja • inercijski referentni okvir • neinercijski referentni okvir • rotirajući referentni okvir • fiktivna sila • mehanika ravninskog gibanja krutog tijela • pomak (vektor) • relativna brzina • trenje • jednostavno harmonijsko gibanje • harmonijski oscilator • vibracije • prigušenje • koeficijent prigušenja • Rotacijsko gibanje • Kružno gibanje • jednoliko kružno gibanje • nejednoliko kružno gibanje • centripetalna sila • centrifugalna sila • centrifugalna sila (rotacijski referentni okvir) • reaktivna centrifugalna sila • Coriolisov učinak • fizičko njihalo • rotacijska brzina • kutno ubrzanje • kutna brzina • kutna frekvencija • kutni pomak Znanstvenici Isaac Newton • Jeremiah Horrocks • Leonhard Euler • Jean le Rond d'Alembert • Alexis Clairaut • Joseph Louis Lagrange • Pierre-Simon Laplace • William Rowan Hamilton • Siméon-Denis Poisson

Loptica u prtljažniku automobila za promatrača će se u automobilu (neinercijski sustav) gibati udesno kada cesta skreće ulijevo, dok će u desnom zavoju loptica bježati ulijevo. Za promatrača izvan automobila to relativno gibanje loptice prema automobilu izgledat će kao manjak (centripetalne) sile koja bi je skretala s pravocrtne putanje. Automobilu centripetalnu silu osigurava trenje kotača s cestom, ali je trenje između loptice i podloge nedovoljno da bi i nju stavilo na sličnu zakrivljenu putanju. Loptica će početi slijediti istu putanju tek kada se nasloni na stijenku prtljažnika koji će joj, kako to tumači promatrač izvana, dati dovoljnu centripetalnu akceleraciju za danu krivinu.

Iz tog primjera može se vidjeti i odnos veličina sila koje opažaju promatrači u inercijskom (vanjskom) i neinercijskom (rotirajućem) sustavu: vanjski promatrač činjenicu da loptica konačno slijedi istu putanju kao automobil tumači djelovanjem (centripetalne) sile $F_{c}$ usmjerene prema središtu vrtnje, koja dolazi od kontakta loptice sa stijenkom; u automobilu opažač primjećuje djelovanje stijenke na lopticu i tumači ga reakcijom stijenke na (centrifugalnu) silu $F_{cf}$ koja lopticu tjera prema stijenci. Reakcija stijenke za vanjskog je promatrača centripetalna sila potrebna za kružno gibanje, a za promatrača u automobilu sila suprotna centrifugalnoj sili (loptica se za nj ne giba, što se tumači iščezavanjem rezultante sila)

${\vec {F}}_{cf}$ (za opažača iznutra) = $-{\vec {F}}_{c}$ (vanjski opažač)

Predznakom se označava da su vektori sila na istome pravcu, ali su usmjereni u suprotnim smjerovima.

U vanjskom, inercijskom sustavu ne postoji centrifugalna sila i sva se gibanja mogu opisati postojanjem (ili nepostojanjem sile) koja djeluje centripetalno. U rotirajućem, neinercijskom sustavu opažač koji želi primjenjivati iskustvo iz inercijskih sustava i Newtonove zakone gibanja, zanemarujući činjenicu da se zapravo ubrzano giba, mora uvesti dodatnu silu koja ovisi o načinu gibanja njegova sustava.

Iznos centrifugalne sile $F_{cf}$ na tijela u sustavu koji se jednoliko vrti raste s porastom njihove mase m, a razmjerna je kvadratu obodne brzine v i obrnuto razmjerna polumjeru kružne putanje r:

$|F_{cf}|=m\cdot {\frac {v^{2}}{r}}$

Sila se može izraziti i preko kutne brzine (kružne frekvencije) rotirajućeg sustava

$|F_{cf}|=m\,\omega ^{2}r$

gdje je $\omega =2\pi f=2\pi /T$, za danu frekvenciju kružnog gibanja f, odnosno period T.

Spljoštenost Zemlje (njezino ispupčenje na ekvatoru), a djelomično i smanjenje ubrzanja zemljine sile teže na ekvatoru objašnjava se djelovanjem centrifugalne sile, koju uzrokuje Zemljina rotacija.

Na načelu djelovanja centrifugalne sile rade centrifugalni stroj, centrifugalni separator, centrifugalna sisaljka, različite vrste centrifuga i niz drugih uređaja.

Povezani članci

• Centripetalna sila