Es ist bemerkenswert, einen Satz aus meinem Buch zu zitieren,
Unter Anfängern ist es ein Missverständnis, dass die Zentrifugalkraft auf ein Teilchen einwirkt, um das Teilchen auf einer Kreisbahn zu bewegen . Die Zentrifugalkraft wirkt nur, weil wir das Teilchen von einem rotierenden Körper aus beschreiben, der nicht träge ist.
Ja, die Aussage ist zweifellos richtig. Aber eine Sache, die mich stört, ist, dass, wenn sich das Teilchen aufgrund der Zentrifugalkraft eines rotierenden Rahmens auf einem Kreis bewegt, was die Ursache für die Bewegung des Teilchens auf einem Kreis von einem Trägheitsrahmen ist ? Wenn es nur die Zentripetalkraft gäbe, würde das Teilchen zum Zentrum gehen und sich niemals im Kreis bewegen. Also, um das Teilchen auf einem Kreis zu bewegen, wer wird die Rolle der Zentrifugalkraft spielen, wenn man es vom Trägheitsrahmen aus betrachtet? Bitte helfen Sie.
In einem Inertialsystem ist die Zentripetalkraft die einzige Kraft, die bewirkt, dass sich ein Teilchen in einer Kreisbewegung bewegt. Der Grund, warum ein Teilchen nicht in das Zentrum "fällt", liegt darin, dass es eine gewisse Tangentialgeschwindigkeit hat, sich also tangential vom Zentrum wegbewegt, wenn es darauf zu fällt. Die Beziehung zwischen der Zentripetalbeschleunigung und der Tangentialgeschwindigkeit ist . Denken Sie daran, dass die Beschleunigung nur die Änderungsrate der Geschwindigkeit ist, und die Geschwindigkeit bestimmt die Richtung, in die sich das Objekt bewegt. Die Zentripetalbeschleunigung ändert wirklich nur die Richtung des Geschwindigkeitsvektors (nicht die Größe), sodass die Geschwindigkeit immer in einer Richtung tangential zur Kreisbewegung verläuft.
Satelliten zum Beispiel befinden sich im ständigen freien Fall (mit der Zentripetalbeschleunigung g), aber sie bewegen sich tangential schnell genug, dass sie den Boden verfehlen, wenn sie auf die Erde fallen, weshalb ihre Umlaufbahn stabil ist.
Es gibt eine "reaktive" Zentrifugalkraft im Trägheitsrahmen, aber es ist eine reaktive Kraft (gemäß Newtons drittem Gesetz). Sie wird durch das Teilchen auf das Objekt aufgebracht, das die Zentripetalkraft ausübt, und ist gleich groß und entgegengesetzt zur Zentripetalkraft. Ein Beispiel wäre, wenn eine Person eine andere Person dreht und die beiden durch ein Seil zusammengehalten werden, ist die Spannung im Seil gleich der reaktiven Zentrifugal-/Zentripetalkraft.
Betrachten wir ein einfaches Experiment, bei dem sich ein an einer Schnur befestigter Stein in einer gleichmäßigen Kreisbewegung in einer horizontalen Ebene bewegt. Wir können dieses Experiment aus Trägheits- und Nicht-Trägheitsrahmen analysieren.
Ein Beobachter in einem Trägheitssystem sieht, dass der Stein eine Radialbeschleunigung hat, und schließt daraus, dass es eine Radialkraft geben muss, die ihn verursacht. Er beobachtet die gespannte Saite und schreibt Newtons zweites Gesetz so , ist die Spannung in der Saite, die zur Mitte gerichtet ist.
Stellen Sie sich nun einen Beobachter in einem Bezugssystem vor, in dem der Stein ruht. (Stellen Sie sich vor, er reitet auf dem Stein.) Auch er beobachtet die gespannte Schnur. Aber er ist in Ruhe. Um Newtons zweites Gesetz zu retten, stellt er sich eine Kraft vor genau das Gleichgewicht so dass . Diese fiktive Kraft , ist die Zentrifugalkraft.
Wie Sie sehen, braucht der Beobachter im Inertialsystem das nicht . Es wird vom Beobachter im Nicht-Trägheitssystem erfunden, damit er das zweite Newtonsche Gesetz noch anwenden kann.
Das zweite Newtonsche Gesetz ist zwar gespeichert, das dritte Newtonsche Gesetz jedoch nicht. Denn im Nicht-Trägheitsrahmen zieht die Schnur den Stein mit einer Kraft und als Reaktion zieht der Stein auch die Schnur mit einer gleichen und entgegengesetzten Kraft. Dabei erfährt der Stein eine Zentrifugalkraft , niemand erlebt .
John Alexiou