II 2 siły bezwładności

Fizyka - Dynamika 2
Siły bezwładności
 
      Siły bezwładności (inaczej: siły pozorne) wprowadzamy wtedy, gdy opisujemy ruch względem układu odniesienia poruszającego się z pewnym przyspieszeniem. Jeśli przyspieszenie układu wynosi a₀, to siła ta wynosi
 
      F = - ma₀ .
 
 
P r z y k ł a d.  Ruch prostoliniowy.  Jeśli pojazd (samochód, wagon, winda itp.) porusza się z pewnym przyspieszeniem, to znajdujące się nam nim obiekty ściągane są w stronę przeciwną do kierunku przyspieszenia. Podczas hamowania działa na nie siła skierowana w kierunku ruchu, podczas zwiększania prędkości - siła pozorna działa w kierunku przeciwnym do ruchu.
 
Kąt nachylenia powierzchni wody
 
Gdy naczynie z wodą znajduje się na pojeździe, który przyspiesza (z przyspieszeniem a₀), to powierzchnia cieczy ustawia się pod pewnym kątem a do poziomu. Kąt ten można obliczyć stosując następujące rozumowanie. Na każdą kropelkę wody działają dwie siły: jedna - siła ciężkości, skierowana pionowo w dół i druga - siła bezwładności, skierowana w lewo. Ich wypadkowa musi być prostopadła do powierzchni, gdyż tylko w tym przypadku nie pojawiają się siły ściągające wzdłuż powierzchni.

Kąt nachylenia spełnia warunek:
 
      
 
W przypadku hamowania woda pochyli się w przeciwną stronę - wyższy poziom będzie przy prawym brzegu.
 
Winda
 
      Ciało znajdujące się w ruchomej windzie doznaje pozornie innego przyciągania. Jeśli winda startuje w górę lub hamuje jadąc w dół - jej przyspieszenie jest skierowane w górę i wtedy siła bezwładności ma kierunek w dół, dodając się do siły przyciągania ziemskiego. Oznacza to, że
 
g'  = g + a_w  
 
Gdy winda przyspiesza jadąc w dół lub hamuje jadąc w górę - jej przyspieszenie jest skierowane w dół. Związana z tym siła bezwładności ma kierunek w górę, co osłabia przyciąganie ziemskie. Mamy wtedy:
 
g'  = g - a_w
 
W skrajnym przypadku, gdy winda spada swobodnie, nacisk na jej podłogę wynosi 0. Mamy wtedy do czynienia ze stanem nieważkości.
 
Siła odśrodkowa
 
      W ruchu po okręgu lub jego fragmencie pojawia się siła odśrodkowa. Jej wartość wynosi:
 

 
Siłę tę można także wyrazić przez prędkość kątową w:
           

 
Gdy ciało zatacza pełne okręgi, to prędkość kątową można wyrazić przez okres obiegu T lub częstotliwość obrotową f , dostając:
 

 
      P r z y k ł a d  1. Siła spychająca samochód (o masie 1 tony) jadący z prędkością 36 km/h po łuku drogi o promieniu krzywizny r = 20 m wynosi F = (1000 kg) (10 m/s)² / (20 m) = 5000 N, co dopowiada ciężarowi ok. 500 kG (1 kG = 9,81 N)
 
      P r z y k ł a d   2.  Pozioma wirówka pralki, posiadająca promień 0,5 m, obraca się z częstotliwością 500 obrotów na minutę. Siła działająca na jej obwodzie na przedmiot o masie 0,1 kg wynosi: F = 4p² (500/60 s^-1)² (0,1 kg) (0,5 m) = 16,4 N = 1,7 kG. Jest więc blisko 17 razy większa od ciężaru tego przedmiotu.