Welche Bewegungsgrößen werden in einer Zentrifuge konstant gehalten?

Welche Kreisbewegungsgrößen werden in einer Zentrifuge konstant gehalten ? Ich denke bisher, dass die Größe der Zentripetalbeschleunigung konstant ist und daraus folgt, dass die Zentripetalkraft ebenfalls konstant ist. Sind Tangentialgeschwindigkeit und Radius ebenfalls konstant?

Wenn sich die zu trennenden Substanzen nach außen oder innen bewegen, sind ihre Tangentialgeschwindigkeit und der Radius ihrer Bahn nicht konstant, obwohl sie sich je nach Geometrie des Aufbaus möglicherweise nicht stark ändern. In diesem Fall ändert sich auch die Zentripetalkraft (die vom Radius abhängt). Ich würde davon ausgehen, dass bis auf die Beschleunigung und Verzögerung am Anfang und am Ende der Zentrifugation die Winkelgeschwindigkeit konstant sein sollte, aber es ist natürlich durchaus möglich, eine Zentrifuge zu bauen, die dies auch variiert.
Warum ist das wichtig, dh wofür ist es relevant, welche Variablen in einer Zentrifuge konstant sein können oder nicht?

Antworten (1)

Die Zentrifuge läuft an und erreicht schnell die maximale Winkelgeschwindigkeit, ω , und bleibt dort. Es gibt keine Winkelbeschleunigung, a , während dem Rennen. Es läuft eine Weile mit konstanter Geschwindigkeit, manchmal über Stunden. Dann wird es abgeschaltet und schnell bis zum Stillstand abgebremst und die Reagenzgläser werden entfernt.

Dies sorgt aufgrund der Winkelgeschwindigkeit für eine konstante Radialbeschleunigung . Wenn sich etwas mit konstanter Geschwindigkeit dreht, bleibt die Zentripetalkraft, die erforderlich ist, um das Objekt auf seiner Kreisbahn zu halten, konstant. Diese Kraft drückt radial nach innen. Das Ergebnis ist, dass Dinge innerhalb des Objekts einer Zentrifugalkraft ausgesetzt sind, die sie radial nach außen drückt.

Das Reagenzglas ist so abgewinkelt, dass es fast horizontal ist, mit dem offenen Ende am unteren Radius, so dass die Zentrifugalkraft alles auf den Boden des Röhrchens drückt. Es ist im Grunde so, als würde man die Röhre in eine sehr hohe Schwerkraft bringen. Substanzen mit höherer Dichte werden noch härter, viel härter als unter der Schwerkraft nach unten gedrückt und verdrängen das Material mit geringer Dichte. Wenn Sie es herausnehmen, befindet sich die Substanz mit der höchsten Dichte unten und die nächsthöhere Dichte darüber usw., wobei sich die Substanzen mit niedriger Dichte oben auf dem Röhrchen befinden. Neben der hohen scheinbaren Schwerkraft (Fliehkraft), um das dichte Zeug nach unten zu schmiegen, haben Sie den zusätzlichen Vorteil, dass die Fliehkraft bei größeren Radien immer höher ist, Die Unterseite der Röhre hat also eine etwas höhere scheinbare Schwerkraft als die Oberseite (die Unterseite hat einen größeren Radius). Das hilft auch ein wenig. Gewalt F , Geschwindigkeit v , Beschleunigung A , Radius R , und Winkelgeschwindigkeit ω , wir haben (erinnern Sie sich an die Winkelbeschleunigung a ist während des Großteils des Laufs null):

v = ω R  ,  A = v 2 R = ω 2 R

⟹ F = M A = M v 2 R = M ω 2 R

Also zum Beispiel wenn der Radius 1/4 Meter ist, und ω ist nur fünf Umdrehungen pro Sekunde, oder 10 π Radianten pro Sekunde haben wir:

ω = 10 π  ,  A = 100 π 2 4 = 250 M S 2 = 25 G

F Und A radial zeigen. v Punkte tangential. Und technisch die ω Vektorpunkte entlang der Achse durch die Rechte-Hand-Regel. Mit konstant ω , die Größe der Geschwindigkeit ist konstant, aber der Geschwindigkeitsvektor ändert ständig die Richtung. Durch Beschleunigung wird ein sich ändernder Geschwindigkeitsvektor erreicht. Der Vektor biegt sich weiter nach innen in Richtung der Mitte, was die radiale Einwärtsbeschleunigung ist.

Man kann also mit Sicherheit sagen, dass alle Teilchen im Reagenzglas, unabhängig von ihrer Masse, eine konstante Zentripetalbeschleunigung erfahren? Ich dachte, wenn die Zentrifuge eine konstante Zentripetalkraft liefert, bedeutet eine Verringerung der Masse eine Erhöhung von Ac, während eine Erhöhung der Masse eine Verringerung von Ac bedeutet.
.. @AlBrown, betrachten Sie zwei Massen in kreisförmiger Bewegung entlang von Pfaden mit Radius R Und R . ( R > R ). Beide haben die gleiche Winkelgeschwindigkeit. Das bedeutet, dass sich beide drehen und dabei ausgerichtet bleiben. Sollte keine Zentripetalbeschleunigung der Masse auf der Strecke mit Radius sein R größer als die des anderen?
@ACB Ich sehe gerade deinen Kommentar aus irgendeinem Grund. Hmm. Ja das ist richtig. Das war gemeint mit: „Zusätzlich zur hohen scheinbaren Schwerkraft (Fliehkraft), um das dichte Zeug zum Boden zu schmiegen, hat man den zusätzlichen Vorteil, dass die Zentrifugalkraft bei höheren Radien, also dem Boden des Rohres, immer höher ist hat eine etwas höhere scheinbare Schwerkraft als die Oberseite (die Unterseite hat einen größeren Radius). Das hilft auch ein bisschen.“ Es gibt einen Gradienten zur scheinbaren Schwerkraft.
@yug Alle Teilchen mit einem bestimmten Radius erfahren die gleiche Zentripetalbeschleunigung, A .   Also durch F = M A , erfahren die schwereren Teilchen eine höhere Kraft. Dadurch werden dichtere Partikel stärker nach unten gedrückt. Deshalb landet das dichte Zeug unten. Hat das die Frage beantwortet?
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