Zentrifugalkraft-Dilemma

Sie spüren die Zentrifugalkraft nicht. Was Sie spüren, ist die Zentripetalkraft (das ist die Kontraktions-/Reibungskraft, die Ihr Sitz in Ihrem Auto auf Sie ausübt), die Sie nach innen drückt.

Probieren Sie folgendes Gedankenexperiment aus: Stellen Sie sich vor, Ihr Auto würde nicht abbiegen, sondern nur seitlich geradeaus beschleunigt. In welche Richtung müsste das Auto beschleunigen, damit Sie das gleiche Gefühl wie beim Abbiegen haben. In welche Richtung wirkt die Kraft auf Ihr Auto? Sie werden sehen, dass es die nach innen gerichtete Kraft ist, die Sie beim Abbiegen spüren und die Sie daran hindert, einer geraden Linie zu folgen.

Aber ich kann das nicht verstehen, wenn es Pseudokraft ist, warum wir dann fühlen, wie uns etwas während einer engen Kurve im Fahrzeug nach außen drückt.

Was Sie fühlen, ist das Ergebnis Ihrer Trägheit oder Ihres Widerstands gegen eine Änderung der Richtung oder Größe Ihrer Geschwindigkeit gemäß dem ersten Newtonschen Gesetz. In diesem Fall der Widerstand Ihres Körpers gegen eine Richtungsänderung von einer geraden Linie zu einer gekrümmten Bahn.

Wenn Sie mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geraden Linie fahren und das Auto plötzlich beschleunigen würden, würden Sie sich nach hinten geschoben fühlen. Wenn Sie plötzlich auf die Bremse treten würden, würden Sie sich nach vorne geschoben fühlen. In jedem dieser Fälle ist die „Kraft“, die Sie spüren, nicht das Ergebnis einer physischen Einwirkung auf Ihren Körper. Stattdessen ist es das Ergebnis, dass Sie sich in einem sich beschleunigenden (nicht trägen) Referenzrahmen befinden.

Außerdem bin ich sehr verwirrt darüber, wenn wir Zentrifugalkraft anwenden, da die Zentrifugalkraft die Zentripetalkraft aufhebt. Wie bewegt sich das Objekt also ohne Radialbeschleunigung im Kreis? (Mein Verständnis)

Die Zentrifugalkraft hebt die Zentripetalkraft nur im rotierenden (nicht trägen) Bezugssystem auf. Es ist nur erforderlich, das zweite Newtonsche Gesetz anzuwenden, um zu erklären, warum Sie in Ihrem Bezugssystem nicht radial nach außen beschleunigen. Wenn Sie beispielsweise eine scharfe Kurve fahren, wirkt die Zentrifugalkraft, um Sie nach außen in Richtung beispielsweise der Autotür zu drücken. Die Reibung Ihres Sitzes oder vielleicht der Autotür selbst wirkt als Zentripetalkraft, die Ihre Auswärtsbewegung stoppt.

Im trägen (nicht beschleunigenden) Referenzrahmen der Straße existiert nur die Zentripetalkraft und ist verantwortlich für Ihre Radialbeschleunigung zum Zentrum Ihrer Kreisbewegung.

Hoffe das hilft.

Nicht Sie bewegen sich nach außen und quetschen sich in die Autotür. Es ist die Autotür, die sich nach innen in dich bewegt.

Ihre Trägheit lässt Ihren Körper dazu neigen, sich gerade zu bewegen. Genauso wie wenn man in einem bremsenden Bus steht – man fühlt sich nach vorne geschoben, tatsächlich ist es aber der Bus, der unter den Füßen nach hinten gezogen wird.

Beim Abbiegen lässt die Autotür nicht zu, dass Ihr Körper gerade bleibt. Das würde die Tür aufbrechen. Es drückt dich also mit nach innen. Das ist dann die Zentripetalkraft – sie ist nach innen gerichtet und es gibt hier keine andere Kraft.

Alles in allem: Die „Fliehkraft“ ist nur eine Illusion. Es gibt keine solche Kraft. Aber der Zentrifugaleffekt , wenn wir ihn so nennen, ist sehr real.

Sie wird auch Scheinkraft oder d'Alembert-Kraft oder Trägheitskraft genannt. Ich bevorzuge den Begriff Trägheitskraft, weil wir sie fühlen, keine Vorstellung.

Wir wenden Zentrifugalkraft nur an, wenn wir uns in einem Rotationsrahmen befinden, zum Beispiel wenn wir auf der Erde stehen, es gibt eine Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung der Erde. Die Zentrifugalkraft hebt die Zentripetalkraft auf und macht uns auf der Erde ohne relative Rotation zur Erde.

Neben der Zentrifugalkraft gibt es andere Trägheitskräfte, die durch die Ableitung einer Drehbewegung auf einem Trägheitsrahmen erzeugt werden, einschließlich der Corioliskraft, die den Taifun dazu bringt, sich in eine bestimmte Richtung zu drehen.$-m \vec{\omega} \times \vec{v}$, und zum Beschleunigen des Rotationsrahmens$- m \frac{d\vec{\omega}}{dt} \times \vec{r}$.

Das Wichtigste, was Sie verstehen müssen, ist, dass die Zentrifugalkraft vom Bezugssystem abhängt . In manchen Referenzrahmen existiert es, in anderen nicht.

Nehmen wir ein einfaches Beispiel eines Planeten, der einen Stern in fester Entfernung umkreist. Bevor wir ihre Bewegung analysieren können, müssen wir einen Referenzrahmen auswählen.

Wir können einen Trägheitsreferenzrahmen wählen, in dem keine Zentrifugalkraft vorhanden ist. In diesem Rahmen bewegt sich der Planet im Kreis. Es gibt eine Kraft auf dem Planeten – die Schwerkraft des Sterns, die als Zentripetalkraft wirkt, die den Planeten in einer Kreisbewegung hält.

Oder wir können einen rotierenden Rahmen wählen, der auf dem Stern zentriert ist und sich mit einer Periode dreht, die der Umlaufzeit entspricht. In diesem Rahmen bewegt sich der Planet überhaupt nicht . Seine Position ist vollständig festgelegt. Auf ihn wirken zwei Kräfte - die Schwerkraft in Richtung des Sterns und die Zentrifugalkraft von der Drehachse des Rahmens weg (was konstruktionsbedingt vom Stern weg bedeutet). Die beiden Kräfte heben sich auf, sodass die Nettobeschleunigung des Planeten 0 ist (in Übereinstimmung mit der Beobachtung, dass er sich überhaupt nicht bewegt).

Bei der Analyse komplexerer Systeme müssen wir bedenken, dass die Zentrifugalkraft auf verschiedene Objekte unterschiedlich wirkt (die Beschleunigung auf jedes Objekt ist von der Achse des Rahmens weg gerichtet, wobei die Größe proportional zum Abstand von der Achse ist); und dass es eine zusätzliche Kraft gibt, die Coriolis-Kraft, die auf Objekte wirkt, die sich in diesem Rahmen bewegen. (Im vorherigen Beispiel kommt es nicht ins Spiel, da sich nichts bewegt.)

Wenn Sie ein System haben, an dem Rotation beteiligt ist, haben Sie im Allgemeinen die Wahl, wie Sie es analysieren möchten - entweder aus einem Trägheitsrahmen oder aus einem rotierenden Rahmen, der dem Verhalten des Systems entspricht. Jede führt zu korrekten Ergebnissen, möglicherweise auf unterschiedliche Weise. Aber Sie müssen darauf achten, die beiden nicht zu verwechseln und in einem Rahmen Logik anzuwenden, die zum anderen gehört.