Центростремительная и центростремительная силы: ключевые различия

В статье: что такое центростремительная и центростремительная сила, как работают в жизни. Определения, принцип работы, примеры и отличия с иллюстрациями. В конце — PDF для скачивания.

Что такое центростремительная сила?

Центростремительная сила — сила, заставляющая тело двигаться по кривой траектории, направленная к центру, вокруг которого движется тело. Простыми словами: сила, удерживающая тело на круговой траектории.

Принцип работы центростремительной силы

Представьте веревку с банкой на конце, вращающуюся по кругу. Банка в постоянном ускорении, так как вектор скорости постоянно меняется из-за кругового пути. Ускорение вызвано результирующей силой.

Сила всегда тянет объект к центру круга. Без неё объект движется прямолинейно (инерция). Центростремительная сила — натяжение веревки.

Формула: Fc = m·v²/r. Увеличение массы или скорости или уменьшение радиуса увеличивает силу. Уменьшение массы/скорости или увеличение радиуса — уменьшает силу. Если перерезать веревку, банка улетит по касательной (1-й закон Ньютона).

Примеры центростремительной силы

1. Гравитация притягивает Луну к центру Земли — это центростремительная сила, удерживающая Луну на орбите. Без гравитации Луна улетела бы в космос прямолинейно.
2. Сила, удерживающая грязь на шине при вращении. При увеличении скорости центростремительной силы недостаточно — грязь слетает по касательным.

Формула центростремительной силы

Где: Fc — центростремительная сила, m — масса, v — скорость, r — радиус.

Что такое центробежная сила?

Центробежная сила — внешняя мнимая сила, воспринимаемая объектом, движущимся по кругу, отталкивающая от центра вращения. Теория описывает физику вращающихся устройств: центрифуги, насосы, регуляторы.

Принцип работы центробежной силы

Рассмотрим банку на веревке. Центростремительная сила создает натяжение. Две перспективы: снаружи банки и внутри.

По 3-му закону Ньютона: на действие есть равное противодействие. Снаружи должна быть внешняя реактивная сила на центростремительную. Эта «центробегающая» сила — центробежная.

Реактивная центробежная сила — реакция на центростремительную. Банка постоянно ускоряется к оси вращения. Центростремительное ускорение обеспечивается центростремительной силой, действующей на банку со стороны другого объекта.

Реактивная центробежная сила направлена от центра вращения и действует со стороны вращающейся банки на объект, создающий центростремительное ускорение. Если внутри банки поместить предмет, он словно испытывает внешнюю силу, толкающую его к дну банки, от центра вращения.

Кажущаяся (видовая) центробежная сила

Чаще всего вводится как внешняя сила в вращающейся системе отсчета. Мнимая в том смысле, что не является взаимодействием, а проявлением инерции. Объект естественно стремится двигаться прямолинейно, но центростремительная сила не позволяет.

Связана с описанием движения в неинерциальной системе отсчета — фиктивная/инерциальная сила. Реактивная и кажущаяся центробежная силы — не реальные силы. Это следствие вращения, а не сила.

Кажущаяся центробежная сила — это инерция объекта. Более точное определение: отсутствие центростремительной силы.

Примеры центробежной силы

1. Вес объекта на полюсах и на экваторе.
2. Занос автомобиля в повороте или сход на кривой.

Формула центробежной силы

При известной линейной скорости:

Где V — скорость, r — расстояние от центра, m — масса.

При известной угловой скорости:

Где ω — угловая скорость, r — расстояние от центра, m — масса.

Различия между центростремительной и центробежной силами

Критерий	Центростремительная сила	Центробежная сила
Определение	Сила, удерживающая объект на круговой траектории, направлена к центру.	Внешняя мнимая сила, воспринимаемая объектом на круговой траектории, направлена от центра.
Простыми словами	Сила, необходимая для кругового движения.	Сила, заставляющая объект уходить от центра.
Природа	Реальная сила, реальные эффекты.	Мнимая сила, но имеет реальные эффекты.
Направление	К центру.	От центра (прямолинейное движение).
Система отсчета	Инерциальная.	Неинерциальная.
Формула	F = mv²/r (противоположно центробежной).	F = mv²/r (противоположно центростремительной).
Пример	Луна на орбите Земли.	Занос авто в повороте.
Применение	Американские горки: острые повороты, центростремительная сила удерживает на рельсах.	Аттракцион Гравитрон: центробежная сила создает ощущение невесомости.

Итоги

Центростремительная сила — необходима для кругового движения. Центробежная — инерциальная сила, появляющаяся в вращающейся системе отсчета.

---

Надеемся, вы разобрались в «центростремительной и центробежной силах». Вопросы — в комментариях. Полезно — делитесь с друзьями.

Хотите бесплатные PDF на почту? Подпишитесь на рассылку.