Відцентрова сила через кутову швидкість. Відцентрова сила – ворог чи союзник. Врівноваження відцентрових сил

Уявімо диск, що рівномірно обертається з кутовою швидкістю . Разом з диском обертається одягнена на спицю кулька, з'єднана з центром диска пружиною (рис. 8.3).

Мал. 8.3. Відцентрова сила інерції в системі відліку, пов'язаної з диском, що обертається

Кулька покоїться щодо диска і займає на спиці таке положення, при якому сила натягу пружини виявляється рівною добутку маси кульки на нормальне (відцентрове) прискорення (при рівномірному обертанні диска тангенціальне прискорення кульки, очевидно, дорівнює нулю)

де - радіус-вектор, проведений до кульки із центру диска (див. рис. 8.3). Але так міркує спостерігач, який дивиться обертання диска з інерційної системи відліку. Зв'яжемо з диском неінерційну систему відліку, що обертається До", в якій диск разом з кулькою спочиває. Умова рівноваги кульки у цій системі має вигляд:

Спостерігач у системі відліку, що обертається, пояснює рівновагу кульки наявністю сили інерції.

спрямованою від центрудиска 0" по радіусу-вектору .

Сила інерції, що діє на матеріальну точку в рівномірно обертається з кутовою швидкістю ω системі відліку, називається відцентровою силою інерції:

Тут - вектор, проведений до матеріальної точки від осі обертання ортогонально останньої. Ми ввели його, щоб відрізнити від радіус-вектора у тому випадку, коли початок координат лежить на осі обертання, але не в площині обертання матеріальної точки.

Відео 8.4. Відцентрова сила інерції: підвішені кульки

При довільному положенні початку відліку на осі обертання, радіус-вектор деякої матеріальної точки завжди можна подати у вигляді

де парал. - паралельна осі обертання, більше того, що лежить на осі обертання (нагадаємо: починається вектор на осі обертання) складова радіус вектора - перпендикулярна до осі обертання його складова, що починається на осі обертання, в центрі того кола, по якому рухається точка, що розглядається. За допомогою відомої формули

враховуючи, що векторний твір і скалярний твір дорівнюють нулю завжди, можна показати, що вираз для відцентрової сили інерції подається у вигляді

Таким чином, у загальному випадку, при довільному виборі початку відліку на осі обертання, для будь-якого положення матеріальної точки, що діє на неї відцентрову силу інерції, можна записати у вигляді

Відео 8.5. «Вражаюча» поведінка ланцюга – і тут не обійшлося без відцентрової сили інерції. Ланцюг легкий, майже без тертя між ланками

Відео 8.6. «Вражаюча» поведінка ланцюга 2. Ланцюг важкий, з великим тертям між ланками

приклад.Посудина з рідиною обертається з кутовою швидкістю навколо вертикальної осі (рис. 8.4). Знайдемо форму поверхні рідини.

Мал. 8.4. Форма поверхні рідини, що обертається

Завдання вирішуємо в системі відліку, що обертається разом із рідиною. У цій системі рідина нерухома, але, крім сили тяжіння, на неї діє відцентрова сила інерції. Поверхня рідини симетрична щодо осі обертання. Розглянемо переріз цієї поверхні якоюсь вертикальною площиною, що містить вісь обертання, яку ми приймемо за вісь .

Візьмемо на поверхні елемент рідини масою, розташований у точці з координатою. На нього діє сила тяжіння та відцентрова сила інерції (Тут координата є відстань від осі обертання, а - одиничні орти). Результуюча сила нахилена до вертикалі під кутом таким, що