Centripetal force och centrifugal force är två termer som fysikstudenter ofta förvirrar eller missförstår.

En typisk missuppfattning är att centripetalkraften riktas mot centrum av ett objekts cirkulära bana, medan centrifugalkraften riktas utåt, som om de två verkar i motsatta riktningar. Emellertid är bara en av dessa faktiskt en verklig och kraft!
Centripetal vs centrifugalkraft |

Den enda kraften som orsakar ett objekts cirkulära rörelse är centripetalkraft
, som alltid riktas mot den cirkulära banans centrum. Om en bil rundar en svängning, till exempel, riktas centripetalkraften som gör att den rör sig i en kurva snarare än en rak linje längs radien för cirkeln som bilen spårar ut.

Tips

Centrifugalkraft är en fiktiv kraft, vilket betyder att den inte är en verklig kraft. Centripetalkraft är verklig.

Centrifugalkraft finns å andra sidan inte. Liksom "Tillbaka till framtidens" flödeskondensator uppfanns termen för att hjälpa till att beskriva något imaginärt, om än baserat på några verkliga observationer. Effekterna av att röra sig i en cirkel tenderar att få ett föremål att känna som att det "flyger" utåt, och idén om en inåtriktad kraft och orsakar en sådan upplevelse kan till en början verka förbryllande.
Centrifugal Force är en känsla

När en bil gör en sväng vänster sväng kan passagerare känna sig "kastade" till höger om bilen. Eller längst ner i en ögla på en berg-och dalbana kan köpare kännas skjutna ner i sina säten.

Dessa känslor är resultatet av tröghet;
dock inte en kraft (även om det kan kallas en uppenbar kraft
). Tröghet beskriver ett objekts tendens att motstå förändringar i dess rörelse, såsom beskrivs av Newtons första lag, tröghetslagen.

När bilen plötsligt vänder, eller berg-och dalbanan gör sitt steg, mänskliga kroppar inuti rör sig redan med viss hastighet i en viss riktning. Enligt lagen om tröghet motstår dessa kroppar initialt mot att ändra hastighet.

Passagerarna rör sig fortfarande framåt i rymden när bilen börjar gå vänster plötsligt - så snarare än att "kastas till höger, "bilen kraschar faktiskt i dem från vänster när den plötsligt rör sig.
När deras kroppar hamnar och börjar flytta till vänster, slutar den kraschande känslan.

På liknande sätt i berg- och dalbanan rör kroppen fortfarande nedåt när berg- och dalbanan börjar trycka uppåt på dem. Tills deras kroppar klarar av för att matcha den nya hastigheten på dalbana, känner de sig som om de kastas mot utsidan av vagnarna. Deras kroppar rör sig fortfarande mot vagnarna när vagnarna nu rör sig mot deras kroppar.
Hur Centripetal Force fungerar

Centripetal kraft är bara en del av receptet för att få något att röra sig i en cirkel. Den andra ingrediensen är linjär hastighet
. Ett objekt måste vara i rörelse när en centripetalkraft verkar i rät vinkel mot sin rörelse för att det ska röra sig i en cirkel.

Tänk på en boll i slutet av en sträng. För att en person ska få det att snurra runt huvudet måste de först ge det ett kast med någon horisontell komponent (med andra ord inte direkt in i eller bort från sig själva). Personen drar strängen stram, och bollen börjar cirkla runt dem snarare än att flyga ut.

Två saker måste fortsätta hända för att bollen på repet ska fortsätta snurra: Personen måste fortsätta dra repet spänt (av dra dem in), och de måste fortsätta lägga till små horisontella nudgar för att bibehålla kulans linjära rörelse, vilket annars skulle bromsa från friktion med luften. (I rymden skulle personen emellertid bara behöva dra i läran i repet eftersom bollen inte skulle förlora någon av sin linjära hastighet när den snurrar i ett vakuum.)

Om bollen rörde sig inte och personen drog i repet, bollen skulle bara röra sig inåt mot personen, inte en cirkel. Om bollen rörde sig direkt ut från personen, och de drog i repet, skulle bollen först sakta ner, sedan ändra riktning och gå tillbaka in mot personen, igen inte en cirkel.

I dessa fall , det skulle inte ens vara vettigt att kalla kraften som överförs via repet för en centripetalkraft. Det är helt enkelt en tillämpad spänningskraft på bollen.
Källor till centripetalkraften

Ordet centripetalt
är bara ett sätt att beskriva alla krafter som verkar vinkelrätt mot objektets linjära hastighet. Många typer av föremål eller interaktioner kan ge centripetalkrafter.

Till exempel, som redan nämnts, ger ett rep som snurrar i en cirkel centripetalkraft till ett objekt som är bundet i slutet av det. En bil som vrider runt en sväng upplever centripetalkraft från friktionen mellan dess däck och vägen. En satellit i omloppsbana fortsätter att röra sig i en cirkel på grund av att gravitationskraften tillhandahåller en centripetalkraft mot jordens centrum.

I vart och ett av dessa fall, om källan till centripetalkraften plötsligt avlägsnades, repet , friktion eller gravitation, skulle objektet sluta röra sig i en cirkel. Mer specifikt skulle den flyga av vid en tangens till den cirkeln med vilken linjär hastighet den hade.
Centripetal Force och Centripetal Acceleration -

Eftersom centripetalkraften riktas mot mitten av ett objekts cirkulära bana och centrifugalkraft existerar inte för att motverka det, objektet som rör sig i en krökt bana måste uppleva en nettokraft mot mitten av cirkeln.

Från Newtons andra lag, F \u003d ma ,
följer att en nettokraft orsakar en acceleration. Faktum är att allt som rör sig i en cirkel har en acceleration, kallad centripetalacceleration
, mot mitten av cirkeln.

Detta kan verka motintuitivt med tanke på att en acceleration betyder en förändring hastighet, men ändå många saker rör sig i en cirkel i en till synes konstant hastighet.

Här hjälper det att komma ihåg att hastighet är en vektor, med både en storhet och en riktning, och att ändra någon av dessa resulterar i en ny hastighet. När ett objekt rör sig i en cirkel ändrar både dess linjära hastighet och centripetala acceleration ständigt riktning; när som helst längs vägen kommer pilarna för varje vektor att vända mot ett annat sätt än vid någon annan punkt längs vägen.

Så objektet fortsätter att resa med samma hastighet och men med en ständigt föränderlig riktning. Fysiker beskriver detta som enhetlig cirkulär rörelse
.
Hur man justerar cirkulär rörelse

Eftersom centripetalkraft alltid är vinkelrätt mot ett objekts linjära hastighet, beskriver den radien för objektets cirkulära bana. Därför, ju större centripetalkraften är, desto hårdare blir "bogserbåten" inåt, desto stramare eller mindre blir cirkeln, och ju lösare centripetalkraften blir, desto större blir cirkulärvägen.

Det kan vara vettigt intuitivt: Om du drar in på repet som håller bollen eller tar en kurva på en klibbig yta med mer friktion än på en slick, som is, kommer båda att resultera i mindre cirkulära rörelser. Kom bara ihåg att i alla situationer är den enda kraften som orsakar den cirkulära rörelsen en inre centripetalkraft. Ingen centrifugalkraft skjuter någonsin ett objekt "ut" i en cirkel.