Gibt es Zentrifugalkraft?

Zusammenfassung

Zentrifugalkraft und Corioliskraft existieren nur innerhalb eines rotierenden Bezugsrahmens und ihr Zweck ist es, in einem solchen Bezugsrahmen "die Newtonsche Mechanik zum Funktionieren zu bringen".

Ihr Lehrer hat also recht ; Nach der Newtonschen Mechanik existiert die Zentrifugalkraft wirklich nicht. Es gibt jedoch einen Grund, warum Sie es dennoch definieren und verwenden können. Aus diesem Grund könnte das Buch Ihrer Freundin auch als richtig angesehen werden .

Einzelheiten

Wie Sie wissen, wirken die Newtonschen Gesetze in sogenannten „ Trägheitsbezugssystemen “. Ein Punkt auf der Erdoberfläche ist jedoch nicht wirklich ein Trägheitsbezugssystem, da er sich um den Erdmittelpunkt dreht. (Sie können es sich also als rotierendes Koordinatensystem vorstellen.) Die Newtonsche Mechanik gilt also nicht, wenn Sie Bewegungen beschreiben und einen Referenzpunkt auf der Erde verwenden möchten. Das ist ziemlich unbequem, weil wir hauptsächlich Dinge konstruieren wollen, die auf der Erde funktionieren.

Glücklicherweise gibt es einen Trick: Sie können einen Punkt auf der Erdoberfläche als Referenz verwenden und so tun , als wäre es ein Trägheitsbezugssystem, wenn Sie auch so tun , als ob zusätzlich zu den externen "imaginären" (fiktiven) Kräften existieren echte. Dies sind die Zentrifugalkraft und die Corioliskraft.

Weiterlesen

Wenn Sie an mehr interessiert sind, siehe:

http://en.wikipedia.org/wiki/Inertial_frame_of_reference
http://en.wikipedia.org/wiki/Centrifugal_force_%28rotating_reference_frame%29
http://en.wikipedia.org/wiki/Coriolis_effect

Der Trick ist, die Zentrifugalkraft ist eine fiktive Kraft .

Zentrifugalkraft vorhanden! An alle, die es leugnen, tun Sie dies: xkcd.com/123 . Es handelt sich jedoch um eine fiktive Kraft . Um Wikipedia zu zitieren:

Eine fiktive Kraft ist eine scheinbare Kraft, die auf alle Massen wirkt, deren Bewegung durch ein nicht träges Bezugssystem, beispielsweise ein rotierendes Bezugssystem, beschrieben wird.

Wenn Sie also in einem Karussell sitzen, können Sie spüren, wie eine Kraft Sie herauszieht. Sie können es messen. Für dich existiert diese Kraft, aber für deine Mutter, die außerhalb des Karussells steht und dich beobachtet, gibt es keine Zentrifugalkraft. Sie kann sehen, wie das Karussell eine Zentripetalkraft auf Sie ausübt, sodass Sie mit dem Karussell mitfahren und nicht herunterfallen. Wenn dies nicht der Fall ist, bringt Sie Ihre Masse dazu, in einer geraden Linie zu gehen, und Sie fallen herunter.

Der Grund, warum die beiden Beobachter unterschiedliche Kräfte beobachten, liegt darin, dass das Karussell kein inertialer Bezugsrahmen ist, während der Boden, auf dem Ihre Mutter steht, ein solcher ist.

In einem inertialen Bezugssystem gibt es keine Zentrifugalkraft, aber in einem nicht-inertialen Bezugssystem kann es eine geben.

Die Zentrifugalkraft scheint also vorhanden zu sein, weil sich ein Beobachter in einem Karussell nicht in einem Trägheitsbezugssystem befindet. Durch Ändern des Referenzrahmens können Sie ihn beseitigen.

Da ich mit allen Antworten nicht einverstanden bin, werde ich versuchen, einige der Grundlagen der Wissenschaft zu erklären: Die Wissenschaft kann ihrem Wesen nach nicht erklären, warum die Dinge so passieren, wie sie es tun, sie versucht einfach, die Realität auf der Grundlage von Beobachtungen in der Vergangenheit zu modellieren Ereignisse in der Zukunft vorhersagen. Mit anderen Worten, die Definition einer Zentrifugalkraft ist möglich, wie es beispielsweise das Buch Ihrer Freundin tut, aber im größeren Schema des physikalischen Modells der Realität ist es überflüssig, da andere Aspekte des physikalischen Modells verwendet werden können, um dieselben Ereignisse ohne die Notwendigkeit zu beschreiben für so eine Kraft.

Nun zu Ihrer ursprünglichen Frage: Gibt es Zentrifugalkraft?

• Nein , denn genau wie Gravitationskraft/Gravitation/„Space Warping“ oder sogar Dinge wie die elektroschwache Wechselwirkung existiert sie in keiner Weise, außer als ein Begriff zur Beschreibung eines beobachteten Musters in der Vergangenheit, von dem wir erwarten, dass es auch in der Zukunft auftritt . Die Wissenschaft kann niemals behaupten, irgendetwas zu erklären, sie kann nur immer effizientere und abstraktere Modelle erstellen, um zukünftige Ereignisse vorherzusagen.
• Nein , denn in den allgemein akzeptierten Modellen** der Physik wird die Kraft nicht verwendet/definiert. Siehe dazu die anderen Antworten.
• Ja , in dem Sinne, dass es auf einer bestimmten Vorhersageebene nützlich ist, bestimmte Dinge ohne zu viel Abstraktion zu modellieren. Ebenso lassen sich in der Chemie bestimmte Dinge mit bestimmten „Gesetzen“ erklären, die die Physik in komplexerer und abstrakterer Form vorhersagen kann. Das bedeutet nicht, dass die chemischen Gesetze nicht existieren, sie sind einfach weniger abstrakt .

* <klein> na ja, um hier ganz richtig zu sein, so etwas wie Theologie wird von manchen als Wissenschaft angesehen und sie hat zumindest auf einer fundamentalen Ebene das Recht, den Anspruch zu erheben, unabhängig von der Frage, ob sie etwas erklären kann oder nicht < /klein>

** Modelle, wenn Sie beispielsweise das Newtonsche Modell und das neuere quantenphysikalische Modell als separate Modelle mit unterschiedlichen Abstraktionsebenen betrachten und nicht das quantenphysikalische Modell als einfach eine bessere neuere Version des Newtonschen Modells.

In der Newtonschen Physik bewegen sich Objekte weiter in einer geraden Linie, es sei denn, es wirkt eine Kraft auf sie ein. Wenn sich ein Objekt also nicht in einer geraden Linie bewegt, muss eine Kraft auf es einwirken.

Denken Sie an Planeten. Warum fliegen sie nicht einfach auf einer geraden Linie ins All? Weil die Sonne sie anzieht.

Stellen Sie sich einen Stein am Ende einer Schnur vor. Warum fliegt es beim Drehen nicht weg? Weil die Linie es an Ort und Stelle hält.

Wenn Sie in etwas geraten, das sich dreht (z. B. ein Karussell), fliegen Sie in einer geraden Linie davon, weil Sie sich an nichts festgehalten haben.

Wenn Sie sich an etwas festhalten, werden Sie das Gefühl haben, dass Sie etwas nach außen zieht. Tatsächlich ziehen Sie Ihre Arme nach innen (was Sie davon abhält, wegzufliegen), und Sie spüren die Reaktion auf Ihre Aktion (auch Newtonsche Gesetze). Da Bewegung relativ ist, können Sie einige clevere Referenzpunkte definieren, die den Anschein erwecken, als würde Sie eine Kraft nach außen drücken, aber am Ende macht es nicht viel Sinn.

Wenn Sie während des Karussells einen Beschleunigungsmesser halten, werden Sie sehen, dass Sie eine Beschleunigung erfahren (was eine Kraft impliziert, weil$F=ma$). Wenn Sie sich schnell genug drehen, werden Sie auch selbst die verschiedenen Auswirkungen spüren, wenn große Kräfte auf Sie einwirken, wie z. B. Blut, das aus Teilen Ihres Körpers abfließt. Wenn Sie loslassen und losfliegen, werden Sie feststellen, dass der Beschleunigungsmesser keine Beschleunigung anzeigt und Sie keine spüren, selbst wenn Sie sehr schnell gedreht haben. Wo ist die „Zentrifugalkraft“ geblieben? Es verschwand, sobald Sie aufhörten, eine zentripetale (zur Mitte hin) Kraft auf sich selbst auszuüben, indem Sie losließen.

Aus diesem Grund wird es als fiktive Kraft bezeichnet, es scheint nur zu existieren, wenn Sie einen Bezugsrahmen verwenden, der das Auftreten fiktiver Kräfte zulässt.

Der Schlüssel zum Rätsel ist, dass zum Zwecke der Erklärung der scheinbaren Kräfte auf jemanden, für den ein rotierender Bezugsrahmen stationär zu sein scheint , beispielsweise alle Menschen überall, die Zentrifugalkraft möglicherweise berücksichtigt werden muss, da dies so zu sein scheint dort. Obwohl es je nach Drehzahl klein sein kann. So steht es im Lehrbuch deiner Freundin. Um die Newtonschen Bewegungsgesetze in einem Trägheitsbezugssystem zu formulieren, was Ihre Lehrer taten, gibt es so etwas wie diese Zentrifugalkraft nicht. Sie könnten vernünftigerweise denken, dass einer dieser Standpunkte so dumm sein muss, dass niemand ihn jemals sagen würde, da sie sich widersprechen. Aber das ist nicht der Fall.

"Zentrifugalkraft" und "Corioliskraft" existieren als Terme in der Bewegungsgleichung eines Objekts relativ zu einem rotierenden Bezugssystem:

• Betrachten Sie "Drehen mit dem Referenzrahmen" als stationär. Das ist genau das, was "Bezugsrahmen" bedeutet.
• Stellen Sie sich ein Objekt zunächst "in Ruhe" vor (das heißt, es dreht sich zu einem bestimmten Zeitpunkt mit dem Referenzrahmen), aber es ist nichts vorhanden, um es rotieren zu lassen. Als würde man etwas an einer Schnur im Kreis drehen und dann loslassen, genau in dem Moment, in dem wir beginnen, seine Bewegung zu berechnen.
• Lassen Sie die Zeit von diesem Anfangspunkt aus laufen.

Dann bewegt sich das Objekt vom Rotationszentrum weg. In einem inertialen (nicht rotierenden) Bezugssystem war es anfänglich nicht in Ruhe. In diesem Bezugsrahmen würden wir sagen, dass es sich in einer geraden Linie bewegt. Im rotierenden Bezugssystem beschleunigt es vom Zentrum weg – die Anfangsbeschleunigung ist direkt weg, aber es beginnt, einem gekrümmten Pfad zu folgen.

Die "Kraft", die die anfängliche "Beschleunigung" verursacht, wird als "Zentrifugalkraft" bezeichnet, und die "Kraft", die auf einen sich bewegenden Körper in einem rotierenden Rahmen wirkt und die Kurve verursacht, wird als "Corioliskraft" bezeichnet.

Aber die Bewegungsgleichungen in einem rotierenden Bezugssystem sind schrecklich, und die Bewegungsgleichungen in einem Trägheitsbezugssystem sind wirklich einfach. Also, wen interessiert es, Bezugsrahmen zu drehen, um einer "Kraft" einen Namen zu geben, die in den Trägheitsbezugsrahmen, die wir für Berechnungen bevorzugen, nicht existiert? Menschen, die auf einem Planeten leben, ist wer. Diese nicht vorhandenen Kräfte müssen berücksichtigt werden, wenn man den Flug einer ausreichend weitreichenden Artilleriegranate oder die Wetterbewegung relativ zum Boden und nicht relativ zu einem festen Punkt im Raum, durch den die Erde verläuft, genau berechnen will dreht.

Existieren sie? Nimmt man einen rotierenden Bezugsrahmen, dann können sie wie jede andere Kraft beobachtet werden, und wir erleben sie subjektiv, wenn wir uns schnell genug drehen. Wenn Sie einen Trägheitsbezugsrahmen nehmen, gibt es in den Gesetzen der Physik keinen solchen Begriff. Also ja, sie existieren, Sie können sie messen, wenn Sie auf einem Planeten stehen. Nein, sie existieren nicht wirklich, sie sind nur ein Nebenprodukt des von Ihnen gewählten Bezugsrahmens. Ein bisschen wie die Schwerkraft in der Allgemeinen Relativitätstheorie ist ein Nebenprodukt der Wahl eines "unnatürlichen" Bezugsrahmens, der nicht der Krümmung der Raumzeit folgt ;-)

Beachten Sie, dass in beiden Bezugssystemen, Trägheit oder Drehung, ein Objekt, das im rotierenden Rahmen stationär bleibt (und sich im Trägheitsrahmen im Kreis dreht), zwangsläufig eine "Zentripetalkraft" (eine Kraft zum Zentrum) erfährt. So bewirkt die Schwerkraft, dass Dinge umkreisen, und die Spannung in einem Stück Schnur bewirkt, dass ein sich drehender Poi einer kreisförmigen Bahn folgt. Was "Zentrifugalkraft" also in einem rotierenden Bezugsrahmen wirklich ist, ist der Begriff, den Sie benötigen, um die Anforderung zu erfüllen, dass ein stationäres Objekt eine Nettokraft von 0 erfahren muss. In einem Trägheitssystem ist das Objekt, das einen Kreis beschreibt, nicht stationär , daher erfährt es keine Nettokraft von 0, sodass es keinen Ausgleichsterm gibt.

Sie sind an etwas dran, wenn Sie von gleichen und entgegengesetzten Kräften sprechen. Da das sich drehende Objekt eine Zentripetalkraft erfährt, muss das Objekt, das diese Kraft ausübt, notwendigerweise eine gleiche und entgegengesetzte Kraft erfahren. Der Mond zieht die Erde in seine Richtung und die Schnur des Poi zieht Ihre Hand in Richtung des Poi. Das ist nicht das, was man gewöhnlich „Zentrifugalkraft“ nennt, aber sie ist vom Zentrum entfernt, und sie existiert „wirklich“.

Die Zentrifugalkraft ist eine Kraft, die ein rotierendes Objekt vom Rotationszentrum wegzieht. Die Zentrifugalkraft ist Teil der Newtonschen Mechanik und wird vom zweiten Newtonschen Gesetz abgeleitet

_{(Quelle: explainthatstuff.com )}

Dasselbe passiert mit Piloten von Düsenflugzeugen:

Sie erfahren Zentrifugalkraft und wenn diese Kraft ausreicht, können sie das Bewusstsein verlieren.

BEARBEITEN:

Stellen Sie sich einen Bus vor und jemand, der darin steht, und plötzlich dreht der Busfahrer den Bus, weil das Auto seine Geschwindigkeitsrichtung geändert hat, es beschleunigt hat, während sich jemand, der stand, in die alte Richtung weiterbewegt, dadurch er / sie wird fallen, aber weil der Busfahrer sehr schwer sitzt, wird er Fliehkraft erfahren. Es ist einfacher, sich ein Raumschiff vorzustellen, wenn es relativ zum Raumschiff schwebt und das Raumschiff seine Bewegungsrichtung geändert hat, wird es beschleunigen, während es sich weiterhin in die alte Richtung bewegt, damit es keine Zentrifugalkraft erfährt , während Raumschiff wird. (Ich habe eine schöne Animation über diese Situation im Raumschiff gefunden . Klicken Sie hier .)

Sehen wir uns an, wie Trägheits-Pseudokräfte (wie die Zentrifugal-Pseudokraft) in der Theorie der Newtonschen Mechanik entstehen. ¹

Regel: Die Newtonschen Gesetze setzen voraus, dass Sie in einem Inertialsystem arbeiten.

Die erste Regel kann als eine Möglichkeit angesehen werden, diese Rahmen zu definieren oder zu identifizieren (jedenfalls vorausgesetzt, Sie können Kräfte identifizieren).

Diese drei Gesetze geben keine direkten Ratschläge zur Durchführung von Physik in nicht-inertialen Systemen.

Möglichkeit, echte Kräfte zu identifizieren

Wenn Sie eine einzelne physische Situation von mehreren Bezugsrahmen aus untersuchen, ² können einige "Kräfte", die Sie sehen, ihre Richtung oder Größe zwischen den Rahmen ändern, während andere hartnäckig gleich bleiben. ³ Die immer gleichen sind „echt“.

Beobachtung: Manchmal ist es schön, Physik in nicht-inertialen Systemen zu betreiben.

Wenn Sie in einem fahrenden Fahrzeug sitzen und eine schöne Tasse Kaffee auf ein Tablett stellen. Es sitzt da, in Ruhe relativ zu dir. Im Unterricht würden wir diese Art von Beobachtung ("Es sitzt nur da.") verwenden, um Dinge zu identifizieren, die im Gleichgewicht sind, und dann würden wir (mittels des zweiten Hauptsatzes) behaupten, dass die Summe der Kräfte, die darauf einwirken, ist Null.

Und wenn sich Ihr Fahrzeug in gleichmäßiger Bewegung befindet, wäre diese Identifizierung korrekt. aber wenn Ihr Fahrzeug beschleunigt (Geschwindigkeit ändern, um eine Kurve fahren, beides ...), ist es formal falsch. Auch der Cup beschleunigt sich.

Aber vielleicht möchten wir trotzdem mit unserer üblichen Analyse fortfahren . Hier kommen intertiale Pseudofoces ins Spiel.

Plan: Festzurren!

Unser Lash-up-Schema ist sehr einfach. Wir beginnen mit der Physik, die uns durch die Newtonschen Gesetze gegeben ist; Verschieben Sie alle unbequemen Beschleunigungen von der rechten auf die linke Seite; und nennen die neuen Begriffe auf der LHS "Kräfte".

Das ist der ganze Kram.

Beispiel Kreisverkehr

Betrachten Sie zur Konkretheit ein Autofahren$20\,\mathrm{m/s}$um eine Kurve mit Radius$10\,\mathrm{m}$. Wir nehmen an, dass die durch den Antriebsstrang bereitgestellte Spannung den Luftwiderstand und die Rollreibung ausgleicht und dass die einzige unausgeglichene Kraft die Haftreibung ist, die nach innen zum Kreis gerichtet ist.

1. Stellen Sie die Newtonschen Gesetze in einem Trägheitssystem auf

   $$\begin{align} \sum_i \vec{F}_i &= m \vec{a} \\ \vec{F}_\text{thrust} + \vec{F}_\text{drag} + \vec{f} &= m \frac{v^2}{r}\left(-\hat{r}\right) \\ \vec{f} &= -m \frac{v^2}{r} \hat{r} \;. \end{align}$$

2. Entscheiden Sie, dass wir wollen, dass die Dinge in unserem Nicht-Trägheitsrahmen "in Ruhe" "im Gleichgewicht" sind, also verschieben Sie diesen unbequemen Begriff auf die andere Seite. ⁴

   $$\begin{align} \vec{f} + m\frac{v^2}{r}\hat{r} &= 0 \;. \end{align}$$ Dies ist eine rein formale, mathematische Operation.

3. Geben Sie dem Begriff, den wir gerade verschoben haben, einen Namen$\vec{F}_\text{centrifugal} = m \frac{v^2}{r}\hat{r}$, sodass die Gleichung jetzt zwei "Kräfte" enthält

   $$\begin{align} \vec{f} + \vec{F}_\text{centrifugal} &= 0 \;. \end{align}$$ Aufgrund des Subtraktionsprozesses hat diese neu erzeugte "falsche" Kraft die entgegengesetzte Richtung, die die tatsächliche Beschleunigung hatte.

   Traditionell schreiben wir diese Kraft jedoch in Bezug auf die Rotationsgeschwindigkeit$\Omega$des Rahmens$\vec{F}_\text{centrifugal} = m r \Omega^2 \hat{r}$.

Allgemeiner

Es gibt eine standardmäßige, vollständig allgemeine Methode, um mit komplizierten nicht-trägen Bewegungen umzugehen. Es entwickelt vier Pseudokräfte, die sich jeweils auf eine bestimmte Art von Verhalten beziehen.

• Eine Pseudokraft, die sich auf Beobachter mit geradliniger Beschleunigung bezieht$\vec{A}$in Bezug auf einen Trägheitsrahmen (seltsamerweise hat dieser keinen traditionellen Namen; ich nenne ihn manchmal die "Sicherheitsgurt-Pseudokraft" ):

  $$\vec{F}_\text{seatbelt} = -m\vec{A} \;.$$

• Die "zentrifugale" oder " zentrifugale" Pseudokraft bezieht sich auf den Beobachter, der sich mit Winkelgeschwindigkeit dreht$\Omega$in Bezug auf ein Inertialsystem. Dies betrifft alle Objekte, einschließlich der in Bezug auf den Beobachter ruhenden. Wir haben es gerade berechnet ⁵

  $$\vec{F}_\text{centrifugal} = -m \vec{\Omega} \times (\vec{\Omega} \times \vec{v}_b) \;.$$

• Die "Coriolis" -Pseudokraft, die ebenfalls mit Rotationen zusammenhängt, aber nur für Objekte beobachtet wird, die sich mit Geschwindigkeit bewegen$\vec{v}_b$im Nichtträgheitsrahmen.

  $$\vec{F}_\text{Coriolis} = -2m \vec{\Omega} \times \vec{v}_b \;,$$ wo$\vec{v}_b$ist die Geschwindigkeit, die im Nicht-Trägheitsrahmen beobachtet wird.

• Die "Euler" -Pseudokraft, die für Beobachter entsteht, die eine Winkelbeschleunigung relativ zu einem Trägheitssystem erfahren.

  $$\vec{F}_\text{Euler} = -m \frac{\mathrm{d} \vec{\Omega}}{\mathrm{d}t} \times \vec{x}_b \;.$$

Ausführliche mathematische Entwicklungen dieses Zeugs finden Sie in typischen Mechaniklehrbüchern der Oberstufe oder des Hauptstudiums.

Aber ... gibt es schon Pseudokräfte ? !?

Ja? nein? Beruht?

Dies ist im Grunde eine philosophische Frage, die sich darum dreht, wie Sie „existieren“ verstehen. Ihre Größe und Richtung hängen von dem Rahmen ab, aus dem Sie eine physikalische Wechselwirkung betrachten, was sie definitiv von den "echten" Kräften unterscheidet, die diese Eigenschaft nicht haben.

Für mich selbst lege ich Wert darauf, eine starke Unterscheidung zwischen "echten" und "pseudo" Kräften beizubehalten. Aber ich bin vollkommen glücklich, in nicht-inertialen Systemen zu arbeiten, wenn das mein Leben einfacher macht.

Bonus: Warum reden die Leute über die Schwerkraft?

Ist Ihnen aufgefallen, dass alle Pseudokraft-Definitionen, die ich gegeben habe, genau einen Faktor der Masse des Objekts enthalten? Das bedeutet, dass alle Objekte die gleiche "Zentrifugal"- oder "Coriolis"-Beschleunigung erfahren, was verdächtig der Regel entspricht, dass alles mit der gleichen Beschleunigung fällt.

Wie sich herausstellte, fand Einstien, als er den Weg durch das Unkraut zur allgemeinen Relativitätstheorie fand, dass er eine Theorie geschaffen hatte, in der die Schwerkraft auch eine Trägheits-Pseudokraft war (und sie ist zum Teufel "real" genug für alltägliche Zwecke, isn oder?).

In der Allgemeinen Relativitätstheorie beobachten Sie, wenn Sie in Ruhe im Labor stehen, die Welt aus einem nicht inertialen Koordinatensystem. Der Trägheitsrahmen ist das, was Sie sehen würden, wenn Sie auf dem Ball stehen (oder neben ihm schweben), den der Ausbilder gerade fallen gelassen hat.

¹ In dieser Diskussion werde ich diese Klasse von scheinbaren Kräften, die in Nicht-Trägheitsrahmen auftreten, konsequent als „Pseudokräfte“ identifizieren, einfach um sie von den „echten“ Kräften zu unterscheiden, die in allen Trägheitsrahmen oder auf andere Weise auftreten.

² Es ist wichtig, dass ich betone: eine Reihe von physikalischen Ereignissen, wie sie von Beobachtern mit unterschiedlichen Bewegungszuständen gesehen werden. Nicht mehrere Ereignisse, die durch unterschiedliche Bewegung der Teilnehmer gekennzeichnet sind.

³ Hier sind Richtung und Betrag als ihre Eigenwerte zu identifizieren. Machen Sie sich keine Sorgen über das Ändern von Komponenten, nur über das Ändern der Natur.

⁴ Die hier erscheinenden „in Ruhe“ und „Gleichgewicht“ dienen lediglich der Motivation. Sie sollten keine Implikation lesen, dass diese Analyse nur für Dinge gilt, die im Nicht-Trägheitssystem ruhen. Tatsächlich sind die Coriolis-Kräfte nur dafür interessant in Bewegung im Nichtträgheitssystem.

⁵ Bisher habe ich die Zentrifugalkraft in ihrer einfachsten Form geschrieben (die Richtungen herauszufinden war einfach, weil sie nur „in“ oder „out“ sind). Aus Gründen der Konsistenz mit dem, was folgt, verwende ich

Das Buch deiner Freundin ist falsch.

... ist auf die Masse des Objekts zurückzuführen, die der nach innen gerichteten Zentripetalbeschleunigung widersteht, die das Objekt erfährt.

Die Zentrifugalkraft ist nicht auf den Widerstand zurückzuführen. Der Widerstand gegen Beschleunigung wird als "Trägheit" bezeichnet. Zentrifugalkraft tritt nur in einem nicht trägen rotierenden Bezugssystem auf.

Hier ist meine Ergänzung für das, was es wert ist.

Stellen Sie sich vor, Sie schweben in einer großen Kiste (wie in einem Aufzug) im Weltraum. Zuerst schweben Sie und die Kiste nur herum. Sie können sich von jeder Seite der Box zur anderen bewegen, herumwirbeln usw. Es gibt kein Oben oder Unten. Irgendwann beginnt die Kiste, in einer geraden Linie in einer Richtung senkrecht zu einer der Seiten der Kiste zu beschleunigen$9.8 ms^{-2}$(die Beschleunigung der Schwerkraft, die wir alle kennen und lieben). Die Beschleunigung wird durch eine externe Kraft auf die Kiste verursacht, vielleicht eine Rakete, die an der Außenseite der Kiste befestigt ist. Diese Kraft ist real. Nennen wir es die "gravipetale" Kraft. Durch diese Beschleunigung fühlt es sich an, als wäre man auf eine der Seiten des Kastens gefallen (eine der beiden Seiten, die senkrecht zur Beschleunigungsrichtung stehen). Du hast die Seite getroffen. Du bemerkst, dass du auf dieser Seite feststeckst/angezogen wirst. Du versuchst dich zu bewegen und erkennst, dass du auf dieser Seite stehen kannst. Du spürst jetzt, dass du die Schwerkraft erlebst. Das ist nicht die Schwerkraft. Dies ist eine fiktive Kraft, die aufgrund der Beschleunigung des Referenzrahmens (der Box) auftritt. Nennen wir es die "gravifugale" Kraft. (Habe ich gerade ein Wort erfunden?). Es ist nicht echt. Sie wissen nicht, dass Sie beschleunigen und verwechseln daher dieses Gefühl mit einer Kraft. Aber Sie können die Kraft messen, weil es die Kraft ist, die das Gefühl dieser Beschleunigung Ihres Bezugssystems vermitteln würde.

Nun kehren wir zu einem Körper in Kreisbewegung zurück. Es ist die gleiche Idee. Der Körper beschleunigt auf das Bewegungszentrum zu. Diese Beschleunigung ist auf die Spannung in der Saite zurückzuführen, die die Zentripetalkraft ist. Es ist real. Es gibt Spannung in der Saite. Das Objekt weiß nicht, dass es beschleunigt wird. Warum nicht? Der gleiche Grund, warum die Menschen so lange gebraucht haben, um zu erkennen, dass sich die Erde bewegt. Aus unserer Perspektive sind wir stationär und können alles andere um uns herum sehen. Der Körper führt alle seine Berechnungen in diesem sich beschleunigenden Bezugssystem durch. Es spürt die Wirkung der Beschleunigung des Bezugssystems, verwechselt es aber mit einer Kraft auf sich selbst. Nennt sich Zentrifugalkraft. Der Körper hat die Physik falsch interpretiert. Diese Kraft existiert nicht.

Es gibt keine Zentrifugalkraft. Nehmen Sie das Beispiel einer hängenden Kette in einem Gravitationsfeld, das auf dem Bezugssystem der Erde stationär ist. Seine Beschleunigung aufgrund der Erdrotation ist viel kleiner als die Gravitationsbeschleunigung der Erde, also ignorieren wir sie. Auf den unteren Lenker wirken die beiden Kräfte, die Schwerkraft und eine gleiche und entgegengesetzte Kraft durch den zweiten Lenker von unten. Jetzt ist die Kraft, die das untere Glied auf das zweitunterste Glied ausübt, gleich und entgegengesetzt zu der Kraft, die das zweitunterste Glied auf das untere Glied ausübt, und ist das Gewicht eines herunterziehenden Glieds. Es gibt auch eine Gravitationskraft auf das zweite Glied von unten, das ist das Gewicht des Glieds.

Betrachten Sie nun das Beispiel einer Kette in einem gleichmäßig beschleunigenden, nicht rotierenden Referenzrahmen, der mit 1 g beschleunigt, wie eine Rakete, die in der Richtung von unten nach oben beschleunigt, wie es Raketen normalerweise tun, wo es buchstäblich extrem wenig Schwerkraft gibt, wie im Raum zwischen Galaxien . Ich werde nur das Ergebnis angeben und dann später erklären, warum es Sinn macht. Es wird in der Richtung hängen, die der Beschleunigung entgegengesetzt ist, die zum Boden der Rakete zeigt. Kraft gleich Masse mal Beschleunigung. Das dem Boden am nächsten gelegene Glied beschleunigt mit 1 g, was bedeutet, dass die darauf wirkende Gesamtkraft das Gewicht eines Glieds ist. Die einzige Kraft, die auf das Glied nahe dem Boden der Rakete ausgeübt wird, ist die Kraft, die das dem Boden der Rakete zweitnächste Glied auf sie ausübt, nämlich die Gewichtskraft eines Glieds in Richtung von unten nach oben der Rakete. Das Glied, das dem Boden der Rakete am zweitnächsten liegt, beschleunigt ebenfalls mit 1 g, sodass die darauf wirkende Gesamtkraft das Gewicht eines Glieds in der Richtung vom Boden der Rakete zur Spitze der Rakete sein muss. Da nach Newtons drittem Gesetz das Glied, das dem Boden der Rakete am zweitnächsten liegt, eine Kraft des Gewichts eines Glieds auf das Glied ausübt, das dem Boden am nächsten ist, in der Richtung von unten nach oben, muss das Glied, das dem Boden am nächsten liegt, dies tun auf das Glied, das am zweitnächsten zum Boden liegt, eine Kraft auszuüben, die gleich dem Gewicht eines Glieds in der Richtung von oben nach unten ist.

Dadurch können Sie nicht unterscheiden, ob Sie sich in einem Gravitationsfeld befinden, ohne beschleunigt zu werden, oder ob Sie sich in etwas beschleunigen, das ohne Gravitationsfeld erfolgt. Betrachten Sie nun das Beispiel einer Kette, die in der Nähe des Randes von etwas hängt, das sich in Abwesenheit eines Gravitationsfeldes dreht. Kreisen ist eine Art Beschleunigung. Die Geschwindigkeit kann positionskomponentenweise definiert werden. In ähnlicher Weise wird die Beschleunigung auch komponentenweise in Bezug auf die Geschwindigkeit definiert. Ich denke wirklich, dass das Experiment zeigt, dass es konsistent ist, dass die Kraft extrem nahe an Masse mal Beschleunigung liegt, wenn diese Definition der Beschleunigung für Geschwindigkeiten verwendet wird, die niedrig genug sind, damit relativistische Effekte einen extrem geringen nicht messbaren Effekt haben. Sonst hätte ich es anders herausgefunden. ICH' Ich habe manchmal ein Ei in die Luft geworfen und der Luftwiderstand ist zu gering, um ihn mit bloßem Auge zu erkennen, und es scheint gleichmäßig zu beschleunigen. Im Falle der Kette, die in dem sich drehenden Bezugsrahmen hängt, bewegt sich jedes Glied im Kreis und wird daher beschleunigt, und die einzigen Kräfte, die darauf einwirken, sind die von den Gliedern auf beiden Seiten davon. Ich weiß, dass die Beschleunigung nicht für jedes Glied im sich drehenden Objekt gleich ist.

Laut dem Lehrbuch, das ich für Physik der 12. Klasse hatte, können Sie ein beschleunigendes Objekt als Referenzrahmen nehmen und entscheiden, die Kraft in diesem Referenzrahmen als die Beschleunigung eines Objekts in diesem Referenzrahmen geteilt durch die Masse von zu definieren dieses Objekt in diesem Bezugsrahmen. Wenn sie also Dinge in Bezug auf einen sich drehenden Bezugsrahmen beschreiben, können Sie sagen, dass auf das Objekt im Bezugsrahmen des sich drehenden Objekts eine Zentrifugalkraft wirkt. Wenn Sie nun berechnen, wie sich ein Objekt, das sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, im Bezugssystem eines nicht beschleunigten, gleichmäßig gegen den Uhrzeigersinn drehenden Objekts bewegen wird, was erhalten Sie? Es' s Beschleunigung im Bezugssystem des sich drehenden Objekts ist sein Abstand von der Mitte multipliziert mit der Winkelfrequenz im Quadrat in der Richtung weg von der Mitte plus einer Beschleunigung in der Größenordnung der doppelten Geschwindigkeit im sich drehenden Bezugssystem 90° im Uhrzeigersinn der Geschwindigkeit nach innen der sich drehende Bezugsrahmen. Die von der Position im sich drehenden Bezugssystem abhängige Komponente der Beschleunigung wird als Zentrifugalkraft bezeichnet und die von der Geschwindigkeit im sich drehenden Bezugssystem abhängige Komponente wird als Corioliskraft bezeichnet.

Zentrifugalkraft existiert ... es ist eindeutig die Kraft, die eine Zentrifuge zum Laufen bringt:

http://en.wikipedia.org/wiki/Centrifuge

Ohne Zentrifugalkraft kann man kein Objekt in einer Zentrifuge drehen, oder? =)