نیروی گریز از مرکز

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

تعریف Centrifugal Force

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، تجربه می شود.

  • 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 شده است.
  • واحد نیرو نیوتن و فرمول ابعادی M1L1T-2 است.

فرمول نیروی گریز از مرکز

فرمول محاسبه Centrifugal Force در زیر آورده شده است.

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

Centrifugal force

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:

Centrifugal-force-formula

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 داده شد، Centrifugal Force ساختگی یا شبه 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، مسیر مستقیم را حفظ می‌کنند. این امر باعث می شود مسافران به سمت لبه صندلی 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.

نیروی گریز از مرکز چگونه محاسبه می شود؟

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 با فرمول داده شده 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

  • 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 آنها جدا کنند.
  • 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.
  • 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.
  • Centrifugal Force همچنین توسط خشک کن ماشین لباسشویی استفاده می شود که 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.
  • 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.

نمونه هایی از Centrifugal Force

نیروی گریز از مرکز را می توان در فرآیندهای مختلفی در زندگی روزمره ما مشاهده کرد. چند نمونه در زیر آورده شده است:

  • 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

Centrifugal Force در Centripetal force

مبنای مقایسهنیروی مرکزینیروی گریز از مرکز
تعریفنیروی مرکزگرا نیرویی است که بر جسمی که در یک مسیر دایره ای در امتداد شعاع مسیر دایره ای حرکت می کند و به سمت مرکز دایره هدایت می شود، وارد می شود.Centrifugal Force 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، تجربه می شود.
ماهیتاین یک نیروی واقعی است و اثرات واقعی دارد.این یک نیروی ساختگی یا شبه در نظر گرفته می شود اما اثرات واقعی دارد.
جهتبه سمت مرکز دایره چرخش هدایت می شود.به دور از مرکز دایره چرخش هدایت می شود.
نقشحرکت دایره ای بدون نیروی مرکزگرا وجود ندارد.نیروی گریز از مرکز وجود مستقلی ندارد.
منشامنشأ نیروی مرکزگرا به دلیل تعامل بین دو جسم است.منشأ نیروی گریز از مرکز به دلیل اینرسی است.
فرمولF= m × v2/rF= m × v2/r
عملکردنیروی مرکزگرا در هر دو قاب اینرسی و غیر اینرسی عمل می کند.نیروی گریز از مرکز فقط در قاب دوار (قاب های غیر اینرسی) عمل می کند.

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.