Центростремительная сила
Центростремительная сила — это равнодействующая всех сил, направленная к центру окружности и обеспечивающая движение тела по окружности. Она изменяет направление скорости тела, даже если модуль скорости остаётся постоянным.
При движении по окружности скорость в каждой точке направлена по касательной, а центростремительное ускорение — к центру окружности, перпендикулярно скорости. Поэтому центростремительная сила не разгоняет тело вдоль траектории, а поворачивает вектор скорости.
Формула
По второму закону Ньютона центростремительная сила равна произведению массы тела на центростремительное ускорение:
Здесь \(m\) — масса тела, \(v\) — его линейная скорость, \(R\) — радиус окружности, а \(\omega\) — угловая скорость. Чем больше скорость, тем больше требуемая сила; при увеличении радиуса сила при неизменной скорости уменьшается.
Автомобиль массой \(1000\ \text{кг}\) движется по закруглению радиусом \(50\ \text{м}\) со скоростью \(10\ \text{м/с}\). Центростремительная сила равна \(F_{ц}=1000\cdot\frac{10^2}{50}=2000\ \text{Н}\). На горизонтальном повороте её обычно создаёт сила трения шин о дорогу.
Центростремительная сила не является дополнительной силой, которую нужно прибавлять к уже действующим. Это название равнодействующей в направлении к центру. Например, при движении спутника вокруг Земли центростремительную роль выполняет сила тяжести.
Куда направлена центростремительная сила при равномерном движении тела по окружности?
Если центростремительная сила исчезнет, тело не продолжит двигаться по окружности: оно начнёт двигаться по касательной в направлении своей мгновенной скорости. Подробное описание такого движения дано на странице движение по окружности.
Главное
- Центростремительная сила — равнодействующая, направленная к центру окружности.
- Её модуль: \(F_{ц}=m\frac{v^2}{R}=m\omega^2R\).
- Это не отдельный вид силы: центростремительную роль могут выполнять сила трения, тяжести, натяжения или реакция опоры.