Centrifugalkraft är allestädes närvarande i vårt dagliga liv, men är det vad vi tror att det är?
Vi upplever det när vi rundar ett hörn i en bil eller när ett flygplan bankar i sväng. Vi ser det i centrifugeringscykeln för en tvättmaskin eller när barn åker på en glädje-runda. En dag kan det till och med ge artificiell tyngdkraft för rymdskepp och rymdstationer.
Men centrifugalkraften förväxlas ofta med dess motsvarighet, centripetalkraft, eftersom de är så nära besläktade - i huvudsak två sidor av samma mynt.
Centripetalkraft definieras som "kraften som är nödvändig för att hålla ett föremål rörligt i en krökt bana och som riktas inåt mot rotationscentrumet", medan centrifugalkraften definieras som "den uppenbara kraften som känns av ett objekt som rör sig i en krökt bana som verkar utåt från rotationscentrum ", enligt Merriam Webster Dictionary.
Observera att medan centripetalkraft är en verklig kraft definieras centrifugalkraft som en uppenbar kraft. Med andra ord, när man vrider en massa på en sträng utövar strängen en inre centripetalkraft på massan, medan massan verkar utöva en utåtriktad centrifugalkraft på strängen.
"Skillnaden mellan centripetal och centrifugalkraft har att göra med olika 'referensramar', det vill säga olika synpunkter från vilka du mäter något," sa Andrew A. Ganse, en forskningsfysiker vid University of Washington. "Centripetalkraft och centrifugalkraft är egentligen exakt samma kraft, precis i motsatta riktningar eftersom de upplevs från olika referensramar."
Om du observerar ett roterande system från utsidan ser du en inre centripetalkraft som verkar för att begränsa den roterande kroppen till en cirkulär bana. Men om du är en del av det roterande systemet, upplever du en uppenbar centrifugalkraft som skjuter dig bort från mitten av cirkeln, även om det du faktiskt känner är den inre centripetalkraften som hindrar dig från att bokstavligen gå på en tangent .
Krafterna följer Newtons lagar om rörelse
Denna uppenbara yttre kraft beskrivs av Newtons lagar om rörelse. Newtons första lag säger att "en kropp i vila kommer att förbli i vila, och en kropp i rörelse kommer att förbli i rörelse såvida det inte ageras av en extern kraft."
Om en massiv kropp rör sig genom rymden i en rak linje kommer dess tröghet att göra att den fortsätter i en rak linje om inte en yttre kraft får den att påskynda, sakta ner eller ändra riktning. För att den ska följa en cirkulär bana utan att ändra hastighet måste en kontinuerlig centripetalkraft appliceras i rätt vinkel mot dess bana. Radien (r) för denna cirkel är lika med massan (m) gånger kvadratet för hastigheten (v) dividerat med centripetalkraften (F) eller r = mv ^ 2 / F. Kraften kan beräknas genom att bara ordna om ekvationen, F = mv ^ 2 / r.
Newtons tredje lag säger att "för varje handling finns det en lika och motsatt reaktion." Precis som tyngdkraften får dig att utöva en kraft på marken verkar marken utöva en lika och motsatt kraft på dina fötter. När du befinner dig i en accelererande bil utövar sätet en framåtkraft på dig precis som du verkar utöva en bakåtkraft på sätet.
I fallet med ett roterande system drar centripetalkraften massan inåt för att följa en krökt bana, medan massan verkar pressa utåt på grund av dess tröghet. I vart och ett av dessa fall tillämpas emellertid endast en verklig kraft, medan den andra endast är en uppenbar kraft.
Exempel på centripetalkraft i aktion
Det finns många applikationer som utnyttjar centripetalkraft. Den ena är att simulera accelerationen av en rymdutskott för astronautträning. När en raket först sjösätts är den så lastad med bränsle och oxidator att den knappt kan röra sig. Men när den stiger upp bränner den bränsle i en enorm takt och förlorar kontinuerligt massan. Newtons andra lag säger att kraft är lika med masstider acceleration, eller F = ma.
I de flesta situationer förblir massan konstant. Med en raket ändras dock massan drastiskt medan kraften, i detta fall raketmotornas drivkraft, förblir nästan konstant. Detta får accelerationen mot slutet av boostfasen att öka till flera gånger den för normal tyngdkraft. NASA använder stora centrifuger för att förbereda astronauter för denna extrema acceleration. I denna ansökan tillhandahålls centripetalkraften genom att ryggstödet trycker inåt på astronauten.
Ett annat exempel på applicering av centripetalkraft är laboratoriecentrifugen, som används för att påskynda utfällningen av partiklar suspenderade i vätska. En vanlig användning av denna teknik är för beredning av blodprover för analys. Enligt Rice Universitys webbplats Experimental Biosciences, "Den unika strukturen i blod gör det mycket enkelt att separera röda blodkroppar från plasma och de andra bildade elementen genom differentiell centrifugering."
Under den normala tyngdkraften orsakar termisk rörelse kontinuerlig blandning som förhindrar blodceller från att sätta sig ur ett helblodsprov. En typisk centrifug kan emellertid uppnå accelerationer som är 600 till 2000 gånger den för normal tyngdkraft. Detta tvingar de tunga röda blodkropparna att sedimentera i botten och stratifierar de olika komponenterna i lösningen i lager enligt deras täthet.
Denna artikel uppdaterades 10 maj 2019 av Live Science-bidragsgivare, Jennifer Leman.
