원심력은 일상 생활에서 어디에나 존재하지만 그것이 우리가 생각하는 것입니까?
우리는 자동차의 모퉁이를 돌 때 또는 비행기가 회전 할 때 그것을 경험합니다. 우리는 세탁기의 회전주기에서 또는 아이들이 회전 목마를 타고있을 때 그것을 봅니다. 언젠가 우주선과 우주 정거장에 인공 중력을 제공 할 수도 있습니다.
그러나 원심력은 종종 그에 상응하는 구심력과 혼동되기도합니다. 왜냐하면 그것들은 본질적으로 같은 동전의 양면이기 때문에 밀접하게 관련되어 있기 때문입니다.
구심력은 "곡선 경로에서 물체를 계속 이동시키는 데 필요하고 회전 중심을 향하여 안쪽으로 향하는 힘"으로 정의되며, 원심력은 "물체 이동에 의해 느껴지는 겉보기 힘으로 정의됩니다. Merriam Webster Dictionary에 따르면 회전 중심에서 바깥쪽으로 튀어 나오는 곡선 경로에서.
구심력은 실제 힘이지만 원심력은 겉보기 힘으로 정의됩니다. 다시 말해서, 현에서 질량을 돌리면 현은 질량에 안쪽으로 구심력을 가하는 반면, 질량은 끈에 바깥쪽으로 원심력을 가하는 것으로 보입니다.
워싱턴 대학 (University of Washington)의 연구 물리학자인 앤드류 A. 간세 (Andrew A. Ganse)는“구심력과 원심력의 차이는 서로 다른 '기준 프레임', 즉 당신이 무언가를 측정하는 다른 관점과 관련이있다. "Centripetal force와 centrifugal force는 서로 다른 참조 프레임에서 경험하기 때문에 반대 방향으로 정확히 동일한 힘입니다."
외부에서 회전 시스템을 관찰하는 경우 회전 바디를 원형 경로로 구속하기 위해 안쪽 구심력이 작용합니다. 그러나 회전 시스템의 일부인 경우 실제로 느끼는 것은 문자 그대로 접선에서 벗어나는 것을 막는 내심 구심력이지만, 원심력이 원의 중심에서 멀어지게합니다. .
부대는 뉴턴의 운동 법칙을 준수합니다
이 명백한 외력은 뉴턴의 운동 법칙에 설명되어 있습니다. 뉴턴의 제 1 법칙에 따르면 "휴식중인 신체는 휴식을 유지하고 운동중인 신체는 외력에 의해 영향을받지 않는 한 운동을 유지합니다."
거대한 물체가 직선으로 공간을 통과하는 경우, 외부의 힘으로 인해 속도가 느려지거나 방향이 바뀌지 않는 한 관성으로 인해 직선으로 계속 이어집니다. 속도를 바꾸지 않고 원형 경로를 따라 가려면 경로에 직각으로 연속 구심력을 가해 야합니다. 이 원의 반지름 (r)은 구심력 (F)으로 나눈 속도 (v)의 제곱에 질량 (m)을 곱한 값 또는 r = mv ^ 2 / F와 같습니다. 힘은 단순히 방정식 F = mv ^ 2 / r을 재 배열함으로써 계산 될 수 있습니다.
뉴턴의 제 3 법칙은 "모든 행동에 대해 동등하고 반대되는 반응이있다"고 말합니다. 중력으로 인해 땅에 힘이 가해 지듯이 땅도 발에 똑같이 반대 힘을 가하는 것처럼 보입니다. 가속 차량에있을 때 좌석에 뒤로 힘을 가하는 것처럼 좌석이 앞으로 힘을가합니다.
회전 시스템의 경우 구심력은 곡선 경로를 따라 질량을 안쪽으로 잡아 당기는 반면 질량이 관성으로 인해 바깥쪽으로 밀리는 것처럼 보입니다. 그러나 각각의 경우에 하나의 실제 힘만 적용되고 다른 하나는 명백한 힘입니다.
구심력 작용의 예
구심력을 이용하는 많은 응용 프로그램이 있습니다. 하나는 우주 비행사 훈련을위한 우주 발사의 가속을 시뮬레이션하는 것입니다. 로켓이 처음 발사되면 연료와 산화제가 너무 많아서 간신히 움직일 수 있습니다. 그러나 상승함에 따라 엄청난 양의 연료가 연소되어 지속적으로 질량을 잃습니다. 뉴턴의 제 2 법칙에 따르면 힘은 질량과 가속의 양, 또는 F = ma와 같습니다.
대부분의 상황에서 질량은 일정하게 유지됩니다. 그러나 로켓의 경우 질량이 급격히 변하는 반면 로켓 모터의 추력은 거의 일정하게 유지됩니다. 이로 인해 부스트 위상의 끝쪽으로 향하는 가속도가 정상 중력의 몇 배로 증가합니다. NASA는 대형 원심 분리기를 사용하여이 극단적 가속을 위해 우주 비행사를 준비합니다. 이 응용에서, 구심력은 우주 비행사를 향해 안쪽으로 밀리는 좌석 등받이에 의해 제공된다.
구심력의 적용의 다른 예는 실험실 원심 분리기인데, 이는 액체에 현탁 된 입자의 침전을 가속화하는 데 사용됩니다. 이 기술의 일반적인 사용은 분석을 위해 혈액 샘플을 준비하는 것입니다. Rice University의 Experimental Biosciences 웹 사이트에 따르면, "독특한 혈액 구조로 인해 차별 원심 분리에 의해 혈장 및 기타 형성된 요소로부터 적혈구를 매우 쉽게 분리 할 수 있습니다."
정상적인 중력 하에서 열 운동은 연속 혼합을 유발하여 혈액 세포가 전혈 샘플에서 침전되는 것을 방지합니다. 그러나 일반적인 원심 분리기는 일반 중력의 600 ~ 2,000 배의 가속을 달성 할 수 있습니다. 이것은 무거운 적혈구가 바닥에 가라 앉히고 용액의 다양한 성분을 밀도에 따라 층으로 층화합니다.
이 기사는 2019 년 5 월 10 일 Jennifer Leman의 Live Science Contributor에 의해 업데이트되었습니다.
