כוח צנטריפוגלי נמצא בכל מקום בחיי היומיום שלנו, אך האם זה מה שאנחנו חושבים שהוא?
אנו חווים את זה כשאנחנו מסתובבים בפינה במכונית או כשמטוס מתהפך. אנו רואים את זה בסבב הסיבוב של מכונת כביסה או כאשר ילדים רוכבים בסיבוב שמח. יום אחד זה עשוי אפילו לספק כוח משיכה מלאכותי לספינות חלל ותחנות חלל.
אולם לעיתים קרובות מבולבל כוח צנטריפוגלי עם מקבילו, כוח צנטריפטלי, מכיוון שהם כל כך קשורים זה לזה - למעשה שני צדדים של אותו מטבע.
כוח צנטריפטלי מוגדר כ"כוח הנחוץ כדי לשמור על עצם לנוע במסלול מעוקל ומופנה פנימה אל מרכז הסיבוב ", ואילו הכוח הצנטריפוגלי מוגדר כ"כוח הנראה שמורגש על ידי אובייקט הנע בדרך מעוקלת הפועלת כלפי חוץ ממרכז הסיבוב, "על פי מילון Merriam Webster.
שימו לב שבעוד שכוח צנטריפטלי הוא כוח בפועל, כוח צנטריפוגלי מוגדר ככוח לכאורה. במילים אחרות, כאשר מסובבים מסה על מיתר, המיתר מפעיל על המסה כוח צנטריפטלי פנימי, בעוד שנראה שמסה מפעילה כוח צנטריפוגלי כלפי חוץ על המיתר.
אנדרו א. גנס, פיזיקאי מחקר מאוניברסיטת וושינגטון, אמר אנדרו א. גנס, פיזיקאי מחקר באוניברסיטת וושינגטון, "ההבדל בין כוח צנטריפוגלי לכוח צנטריפוגלי קשור ל'מסגרות התייחסות 'שונות. כלומר, נקודות מבט שונות מהן אתה מודד משהו. "כוח צנטריפטאלי וכוח צנטריפוגלי הם באמת אותו כוח בדיוק בכיוונים הפוכים מכיוון שהם חווים ממסגרות ייחוס שונות."
אם אתה מתבונן במערכת מסתובבת מבחוץ, אתה רואה כוח צנטריפטליאלי פנימי הפועל כדי להגביל את הגוף המסתובב לנתיב מעגלי. עם זאת, אם אתם חלק מהמערכת המסתובבת, אתם חווים כוח צנטריפוגלי לכאורה שדוחף אתכם ממרכז המעגל, למרות שמה שאתם מרגישים בעצם הוא הכוח הזוהרי הזרע הפנימי שמונע אתכם ממש ממש לעלות על משיק. .
הכוחות מצייתים לחוקי התנועה של ניוטון
כוח זה כלפי חוץ מתואר על ידי חוקי התנועה של ניוטון. החוק הראשון של ניוטון קובע כי "גוף במנוחה יישאר במנוחה, וגוף בתנועה יישאר בתנועה אלא אם כן יפעל על ידי כוח חיצוני."
אם גוף מאסיבי נע בחלל בקו ישר, האינרציה שלו תגרום לו להמשיך בקו ישר אלא אם כן כוח חיצוני יגרום לו לזרז, להאט או לשנות כיוון. בכדי שהוא ילך בדרך מעגלית מבלי לשנות את המהירות, יש להפעיל כוח צנטריפטלי רציף בזווית ישרה למסלולו. הרדיוס (r) של מעגל זה שווה למסה (m) כפול ריבוע המהירות (v) המחולק בכוח הצנטריפטלי (F), או r = mv ^ 2 / F. ניתן לחשב את הכוח על ידי סידור מחדש של המשוואה, F = mv ^ 2 / r.
החוק השלישי של ניוטון קובע כי "לכל פעולה יש תגובה שווה והפוכה." כשם שכוח המשיכה גורם לך להפעיל כוח על האדמה, נראה שהקרקע מפעילה כוח שווה והפוך על הרגליים. כשאתה במכונית מאיצה, המושב מפעיל עליך כוח קדימה בדיוק כשנראה שאתה מפעיל כוח לאחור על המושב.
במקרה של מערכת מסתובבת, כוח הצנטריפטל מושך את המסה פנימה כדי ללכת בדרך מעוקלת, ואילו נראה שהמסה דוחפת כלפי חוץ בגלל האינרציה שלה. עם זאת, בכל אחד מהמקרים הללו מופעל רק כוח אמיתי אחד ואילו השני הוא רק כוח לכאורה.
דוגמאות לכוח צנטריפטלי בפעולה
ישנם יישומים רבים המנצלים כוח צנטריפטלי. האחת היא לדמות את ההאצה של שיגור שטח לאימוני אסטרונאוטים. כאשר רקטה משוגרת לראשונה, היא עמוסה כל כך בדלק ובמחמצן עד שבקושי היא יכולה לנוע. עם זאת, כשהוא עולה, הוא שורף דלק בקצב אדיר, מאבד ללא הפסקה את המסה. החוק השני של ניוטון קובע כי כוח שווה להאצה של זמני המסה, או F = ma.
ברוב המצבים המסה נשארת קבועה. עם זאת, עם טיל המסה שלו משתנה בצורה דרסטית, ואילו הכוח, במקרה זה דחף המנוע של הטילים, נשאר כמעט קבוע. זה גורם לתאוצה לקראת סוף שלב ההעלאה להתגבר למספר פעמים מזה של הכבידה הרגילה. נאס"א משתמשת בצנטריפוגות גדולות כדי להכין אסטרונאוטים לתאוצה קיצונית זו. ביישום זה, הכוח הזוהרי מוגן על ידי הגב המושב דוחף פנימה אל האסטרונאוט.
דוגמא נוספת ליישום כוח צנטריפטלי היא צנטריפוגה במעבדה, המשמשת להאצת משקעים של חלקיקים תלויים בנוזל. שימוש נפוץ אחד בטכנולוגיה זו הוא להכנת דגימות דם לניתוח. על פי אתר האינטרנט הביולוגי הניסיוני של אוניברסיטת רייס, "המבנה הייחודי של הדם מקל מאוד על הפרדת כדוריות הדם האדומות מהפלזמה ושאר היסודות הנוצרים על ידי צנטריפוגה דיפרנציאלית."
תחת כוח הכובד הרגיל, תנועה תרמית גורמת לערבוב רציף המונע התיישבות של כדוריות הדם מדגימת דם מלאה. עם זאת, צנטריפוגה טיפוסית יכולה להשיג תאוצה פי 600 עד 2,000 מכוח הכבידה הרגיל. זה מכריח את כדוריות הדם האדומות הכבדות להתיישב בתחתית ומריבה את המרכיבים השונים של התמיסה לשכבות בהתאם לצפיפותם.
מאמר זה עודכן ב- 10 במאי 2019 על ידי תורמת המדע Live, ג'ניפר למן.
