نیروی گریز از مرکز

• تعریف نیروی گریز از مرکز
• فرمول
• اصول
• مثال ها (در مقابل نیروی مرکزگرا)

تعریف نیروی گزیر از مرکز

نیروی گریز از مرکز یک نیروی ساختگی به بیرون است که توسط جسمی که در یک مسیر دایره ای حرکت می کند و از مرکز چرخش دور می شود، شکل می گیرد.

• جهت این نیرو از محور چرخش دور و موازی با محور چرخش است.
• Centrifugal Force از نظر بزرگی و ابعاد با نیروی دیگری (گریز از مرکز) که به سمت مرکز یک مسیر دایره ای وارد می شود برابر است.
• به آن یک نیروی ساختگی می گویند زیرا فقط زمانی به بازی می آید که یک نیروی مرکزگرا وجود داشته باشد. این نیرو به دلیل خاصیت اینرسی جسمی است که در یک مسیر دایره ای حرکت می کند.
• با این حال، نیرو به جرم جسم، فاصله جسم از مرکز و سرعت چرخش بستگی دارد.
• مفهوم Centrifugal Force در دستگاه های چرخان مختلف مانند روتورهای سانتریفیوژ، banked roads و پمپ های گریز از مرکز استفاده می شود.
• واحد نیرو نیوتن و فرمول ابعادی M¹L¹T^-2 است.

فرمول نیروی گریز از مرکز

فرمول محاسبه Centrifugal Force :

اگر سرعت جسم متحرک مشخص باشد، این نیرو را می توان با فرمول محاسبه کرد:

که در آن v سرعت جسم متحرک، r فاصله جسم متحرک از مرکز و m جرم جسم متحرک است.

اگر سرعت زاویه ای جسم متحرک مشخص باشد، Centrifugal Force را می توان با فرمول محاسبه کرد:

که در آن ω سرعت زاویه ای، r فاصله جسم متحرک از مرکز و m جرم جسم متحرک است.

اصول

همانطور که در بالا توضیح دادیم، Centrifugal Force ساختگی است زیرا تنها زمانی وجود دارد که یک نیروی مرکزی وجود داشته باشد. هنگامی که یک خودرو با سرنشین چرخ را می چرخاند، وسیله نقلیه توسط نیروی مرکزگرا که بر تمام قسمت های وسیله نقلیه وارد می شود به حرکت در می آید. با این حال، سرنشینان در خودرو آزادی حرکت خود را حفظ می‌کنند و بنابراین زمانی که خودرو شروع به چرخیدن می‌کند، باعث می شود مسافران به سمت لبه صندلی و به سمت در حرکت کنند که نیروی مرکزگرا را به سرنشینان منتقل می کند. نیرویی که مسافران دور از ماشین تجربه می کنند نیروی گریز از مرکز است.

قانون حرکت نیوتن این را یک نیروی واقعی نمی‌داند، زیرا طبق قانون دوم حرکت نیوتن، شتاب توسط نیرو ایجاد می‌شود. هنگامی که سنگی در انتهای ریسمان که به تیری روی زمین بسته شده است بچرخد، جهت سرعت سنگ به طور مداوم تغییر می کند که باعث ایجاد شتاب می شود. اگر ریسمان پاره شود، سنگ تمایل دارد اینرسی خود را حفظ کند و در یک خط مستقیم مماس بر مسیر دایره ای حرکت کند. اگر این نیرو واقعی بود، سنگ به جای حرکت مماس، در جهت بیرون حرکت می کرد.

محاسبه نیروی گریز از مرکز

برای این، اجازه دهید همان سنگی را که در انتهای ریسمان بسته شده به یک تیرک قرار دارد، مثال بزنیم. برای محاسبه این نیرو تجربه شده توسط سنگ، مراحل زیر را می توان دنبال کرد:

1. جرم (m) سنگ را تعیین کنید. فرض کنید جرم 5 کیلوگرم است.
2. طول رشته را تعیین کنید. فرض کنید طول 10 متر است.
3. سرعت سنگ را تعیین کنید. فرض کنید نیروی مماسی 5 متر بر ثانیه باشد. سرعت می تواند سرعت مماسی (v) یا سرعت زاویه ای (ω) باشد. اگر سرعت، سرعت زاویه ای باشد، سرعت مماسی را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:

V= w × r

Centrifugal Force را می توانید با فرمول بالا محاسبه کنید:

F = m × v²/r

F= 5 × 5²/10

F= 12.5 N

بنابراین نیروی گریز از مرکز 12.5 نیوتن خواهد بود.

کاربردها

1. سانتریفیوژها بر اساس اصل نیروی گریز از مرکز عمل می کنند. نیروی ایجاد شده در اثر روتورها باعث ایجاد گرادیان فشار هیدرواستاتیکی در لوله ها می شود که عمود بر محور چرخش هستند. این منجر به نیروهای شناوری بزرگتر می شود که ذرات با چگالی کمتر را به سمت داخل می راند در حالی که ذرات متراکم تر به سمت بیرون حرکت می کنند. این اصل اجازه می دهد تا ذرات را بر اساس چگالی جدا شوند.
2. سیستم حاکم بر نیروی گریز از مرکز سیستمی است که با حرکت دادن سوخت یا مایع کار به صورت شعاعی که در اثر Centrifugal Force ایجاد می شود، سرعت ثابتی را در موتور حفظ می کند.
3. از Centrifugal Force برای تولید گرانش مصنوعی در ایستگاه های فضایی در حال چرخش استفاده می شود. این ایستگاه ها به مطالعه اثرات گرانش سایر گیاهان به روش شبیه سازی شده کمک می کنند.
4. Centrifugal Force همچنین توسط خشک کن ماشین لباسشویی استفاده می شود. در آن چرخش روتور در ماشین لباسشویی نیروی گریز از مرکز ایجاد می کند که باعث دور شدن لباس از مرکز می شود. این باعث می شود که آب از طریق سوراخ های موجود در محفظه از لباس های خیس خارج شود.
5. Centrifugal Force در سواری های مختلف در پارک های تفریحی استفاده می شود که در آن نیرو، سواران را به دیوار فشار می دهد و به مسافران اجازه می دهد تا از کف ماشین ها بالا بروند.

مثال

نیروی گریز از مرکز را می توان در فرآیندهای مختلفی در زندگی روزمره ما مشاهده کرد. چند نمونه از آن:

• نیرویی که بر روی سرنشینان به سمت بیرون در خودرو وارد می شود، زمانی که خودرو در حال چرخش است، نمونه ای از Centrifugal Force است.
• هنگامی که سنگی که به یک ریسمان بسته شده است به صورت دایره ای چرخانده می شود، نیرویی که به دست ها وارد می شود نیز به دلیل این نیرو است.
• زمین در قطب مسطح و در استوا برآمده است زیرا نیروی گریز از مرکز وارد بر ذرات در استوا حداکثر است.
• هنگامی که یک سطل پر از آب به صورت دایره ای می چرخد، آب داخل سطل نمی افتد زیرا وزن سطل توسط نیروی گریز از مرکز وارد بر سطل متعادل می شود.
• گل چسبیده روی چرخ خودروها در اثر نیروی گریز از مرکز به صورت مماس به سمت گلگیر پرتاب می شود.

Centrifugal Force در Centripetal force

“کیمیا زیست گستر نوین” در راستای ارتقاء تولیدات و سطح علمی کشور مبادرت به واردات و توزیع مواد شیمیایی و مصرفی آزمایشگاهی کرده است. هدف مجموعه ما تأمين مواد و تجهيزات مورد نياز در بخش هاى مختلف آزمايشگاهى، تحقيقاتى، بيمارستانى، صنعتى و … مي باشد.