Идентифициране на центростремителна сила за коли и сателити

Ето нещо, което вероятно прави може би през последния ден. И ако сме в кола и завиваме с, да кажем, постоянна скорост на път, който е равен... не е писта с банкети или нещо такова, какво не позволява на колата просто да продължи в права линия? И това е малко неинтуитивно, понеже тук нямаме нишка, която да свързва колата към центъра на кривата на пътя. Какво не ѝ позволява да се движи в права линия? Спри видеото и помисли за това. В тази ситуация - и можем да помислим за другите сили, които влияят. И отново ще приемем, че сме във вакуум, въпреки че можеш да помислиш и за въздушното съпротивление и да помислиш какво противодейства на въздушното съпротивление. Оказва се, че това е триенето. Но другите сили, които влияят... разбира се, имаш силата на гравитацията, която дърпа колата надолу, силата на гравитацията. И на нея ѝ противодейства нормалната сила, на нея ѝ противодейства нормалната сила. Нормалната сила на пътя върху колата. Но какво поддържа кръговото движение на колата? Всъщност да разгледаме и въздушното съпротивление за забавление. Въздушното съпротивление, силата на въздуха върху колата, ще бута в противоположна посока на скоростта на колата. Да наречем това сила на въздуха. Не можеш да различиш това, нека направя това. Силата на въздуха, това ще е големината ѝ. И на това противодейства - това е малко нелогично и ще ни даде подсказка за центростремителната сила - това е тази компонента, на това противодейства тази компонента на триенето, сила на триене в посоката, в която колата се движи. Помисли, ако нямаше... ако това беше лед върху лед, ако колелата нямаха сцепление, без значение колко мощно работи двигателят и без значение колко бързо се въртят колелата, няма да може да преодолее въздушното съпротивление и колата ще намали скоростта си. Но това са силите, които не действат в радиална посока, които не са отговорни за задържането на колата на пътя или за поддържането ѝ в това кръгово движение около кривата. Отново, има сила на триене. Това е друга компонента на силата на триене. И това се случва, където гумата се среща с пътя. Но имаш сила на триене, която поддържа - и може би ще я нарека сила на триене радиално. Ще поставя това в скоби. Сила на триене радиално. Това ни поддържа в кръгово движение. И в тази ситуация това е центростремителната ни сила. Да направим друг пример и да продължим с темата за колите. Да кажем, че имаме сценарий, при който сме на лупинг, което винаги е забавно и донякъде странно. Сънувал съм, че трябва да карам по лупинг поради някаква причина и го намирам за плашещо. Но да помислим за колата в различни точки на лупинга и да помислим каква е центростремителната сила в различни точки. Нека първо да помислим за тази точка тук. И отново ще приемем, че сме на планета, така че имаш силата на гравитацията. Силата на гравитацията. И имаш нормалната си сила. Ще я начертая малко по-голяма, понеже за да се движим нагоре, за да останем на лупинга, нормалната сила трябва да е по-голяма, трябва да имаш сумарна сила навътре. Това е F, това е нормалната ни сила. В тази ситуация големината на центростремителната сила - нека направя това в различен цвят. Големината на центростремителната сила ще е сумарната радиална сила навътре за големината на сумарната радиална сила навътре. Това ще е равно на големината на нормалната ни сила минус големината на силата на гравитацията. Ако не беше сумарно навътре тук, колата нямаше да може да се движи в кръг. Ако това дадеше сбор от нула, щеше да се движи в права линия. И ако това дадеше отрицателен сбор, щеше да ускори надолу. Да преминем към тази точка тук. И можем да помислим за неща като въздушното съпротивление и триенето, като въздушното съпротивление бута колата назад, а триенето го преодолява, но ще се фокусираме само върху нещата, които ни задвижват радиално навътре или навън. А тази точка за колата? Пак имаме силата на гравитацията. Пак имаш силата на гравитацията. Ще направя това малко по-голямо. Нека поставя въздушното съпротивление тук, просто за да завършим нещата. Това ще е въздушно съпротивление, силата на въздуха, а на нея ѝ противодейства силата на триене, сцеплението на колата с пътя. Тук, този оранжев вектор, ще е комбинацията от силата на гравитацията... И дори можеш да мислиш за него като за силата на гравитацията плюс силата на въздушното съпротивление, силата на въздуха, която бута колата назад, налягането на въздуха. И на това му противодейства силата на триене, силата на триене на гумите бута... Силата на триене на гумата, между гумата и пътя. Но нито едно от тях не действа центростремително, радиално навътре. Какво ще е това? Тук имаш нормалната сила на пътя. Трасето, което поддържа тази кола в кръгово движение. Имаш, имаш... Тук силата навътре е нормалната сила, F нормална. В тази ситуация големината на центростремителната сила е равна на големината на нормалната ни сила. И тези ще са еднакви, напълно еднакви вектори. Да разгледаме един последен сценарий, в който сме на върха на лупинга. Спри видеото и виж дали можеш да откриеш това. Отново, можем да кажем, че вероятно има въздушно съпротивление, което опитва да намали скоростта ни. И това бива балансирано от силата на триене. Но да помислим какво става във вертикалната посока. Тук надолу ще имаш потенциално няколко сили и искам това да е върха на лупинга, въпреки че не изглежда така, но да приемем, че е. На върха на лупинга сме. Имаш силата на гравитацията надолу. Но какво друго ще имаш? Като приемем, че се движиш достатъчно бързо, трасето също бута надолу. Силата на гравитацията плюс нормалната сила. Големината на този вектор ще е големината... ще е сборът от големините на силата на гравитацията и нормалната сила. И това предоставя центростремителната сила. В този сценарий бихме казали, че големината на центростремителната сила е равна на големината на силата на гравитацията плюс големината на нормалната ни сила. Или дори можем да помислим за тях като за вектори. Можем да кажем, че ако просто съберем тези вектори, тези два вектора, ще получим вектора на центростремителната сила. Това поддържа колата в това кръгово движение. Да направим един последен сценарий за забавление. Да си представим, че имаме тяло в орбита. Това е нашата планета или коя да е планета. Имаш тяло в орбита, някакъв вид сателит. Ще начертая това, което обикновено свързваме със сателит. Но това може дори да е естествен сателит, Луна за планетата, и това, което ще кажа, се прилага и за Луната. Тук нямаме въздух. Имаме много минимално въздушно съпротивление, може да има няколко молекули тук-там. Но това предимно е вакуум. И това е в орбита, има равномерно кръгово движение, движи се в кръгова орбита около планетата. Какво не му позволява да се движи в права линия? Спри видеото и помисли. Тук имаш силата на гравитацията. Имаш силата на гравитацията на планетата. Тук имаш силата на гравитацията. Първо хората се чудят като кажем гравитация. Виждаме картинки на астронавти, които се реят, докато са в орбита. Това е просто понеже те падат свободно. Но гравитацията в тази точка, ако си на няколко стотин мили над повърхността на Земята, не е толкова различна от гравитацията на повърхността на Земята. Просто нямаш въздух там и ако си в орбита постоянно падаш свободно, така че го усещаш сякаш няма гравитация. Но гравитацията те поддържа в орбитален път, в този кръгов път и не ти позволява просто да се носиш в права линия в пространството.