Centripetale kracht en middelpuntvliedende kracht zijn twee termen die natuurkundestudenten vaak verwarren of verkeerd begrijpen.

Een typische misvatting is dat centripetale kracht wordt gericht naar het midden van de cirkelvormige baan van een object, terwijl centrifugale kracht naar buiten wordt gericht, alsof de twee in tegengestelde richtingen handelen. Echter, slechts één hiervan is in feite een echte kracht!
Centripetale versus Centrifugale kracht

De enige kracht die de cirkelvormige beweging van een object veroorzaakt is centripetale kracht
, die altijd naar het midden van het cirkelvormige pad is gericht. Als een auto bijvoorbeeld een bocht rond maakt, wordt de middelpuntzoekende kracht waardoor deze in een bocht beweegt in plaats van een rechte lijn, langs de straal van de cirkel geleid die de auto volgt.

Tips

Centrifugaalkracht is een fictieve kracht, wat betekent dat het geen echte kracht is. Centripetale kracht is echt.


Centrifugaalkracht
bestaat daarentegen niet. Zoals de fluxcondensator van "Back to the Future", werd de term bedacht om iets denkbeeldigs te beschrijven, zij het op basis van enkele echte waarnemingen. De effecten van het bewegen in een cirkel hebben de neiging om een object het gevoel te geven dat het naar buiten "vliegt", en het idee van een naar binnen gerichte kracht
die zo'n ervaring veroorzaakt, kan in eerste instantie een raadsel lijken.
Centrifugaal Force Is a Feeling

Wanneer een auto een bocht naar links maakt, kunnen passagiers zich rechts van de auto "gegooid" voelen. Of aan de onderkant van een lus in een achtbaan, kunnen renners zich naar beneden in hun zitplaatsen geduwd voelen.

Deze gevoelens zijn het resultaat van inertie;
echter geen kracht (hoewel het kan worden aangeduid als een schijnbare kracht
). Inertie beschrijft de neiging van een object om weerstand te bieden tegen veranderingen in zijn beweging, zoals beschreven door Newton's First Law, de Law of Inertia.

Wanneer de auto een bocht maakt of de achtbaan een duik neemt lichamen binnen bewegen zich al met enige snelheid in een bepaalde richting. Volgens de wet van inertie, verzetten deze lichamen zich aanvankelijk om hun snelheden te veranderen.

De passagiers gaan nog steeds vooruit in de ruimte wanneer de auto abrupt naar links begint - dus in plaats van "gegooid te worden" rechts, "de auto botst eigenlijk vanaf links tegen hem aan terwijl deze plotseling beweegt.
Zodra hun lichaam inhaalt en ook naar links begint te bewegen, eindigt het crashende gevoel.

Op dezelfde manier in de achtbaan bewegen de lichamen nog steeds naar beneden wanneer de achtbaan op hen begint te duwen. Totdat hun lichamen inhalen om de nieuwe snelheid van de achtbaan te evenaren, voelen ze alsof ze tegen de buitenkant van de karren worden gegooid. Hun lichamen bewegen nog steeds in de richting van de karren terwijl de karren nu in de richting van hun lichaam bewegen.
Hoe Centripetale kracht werkt

Centripetale kracht is slechts een deel van het recept om iets in een cirkel te laten bewegen. Het andere ingrediënt is lineaire snelheid
. Een object moet in beweging zijn wanneer een middelpuntzoekende kracht in een rechte hoek op zijn beweging werkt om in een cirkel te kunnen bewegen.

Beschouw een bal aan het einde van een string. Om een persoon om zijn hoofd te laten ronddraaien, moet hij het eerst een worp met een horizontale component geven (met andere woorden, niet rechtstreeks in of van zichzelf af). De persoon trekt het touw strak en de bal begint ze rond te draaien in plaats van weg te vliegen.

Er moeten twee dingen blijven gebeuren om de bal aan het touw te laten draaien: de persoon moet het touw strak blijven trekken (door ze erin trekken), en
moeten ze lichte horizontale duwtjes toevoegen om de lineaire beweging van de bal te behouden, die anders zou vertragen door wrijving met de lucht. (In de ruimte zou de persoon echter alleen maar aan het aangeleerde touw hoeven te trekken, omdat de bal zijn lineaire snelheid niet zou verliezen tijdens het draaien in een vacuüm.)

bewoog niet en de persoon trok het touw strak, de bal zou gewoon naar binnen bewegen in de richting van de persoon, geen cirkel. Als de bal direct van de persoon af zou gaan en ze aan het touw zouden trekken, zou de bal eerst vertragen, dan van richting veranderen en weer in de richting van de persoon komen, opnieuw geen cirkel.

In deze gevallen , het zou zelfs geen zin hebben om de door het touw overgedragen kracht een centripetale kracht te noemen. Het is gewoon een uitgeoefende spanningskracht op de bal.
Bronnen van centripetale kracht

Het woord centripetaal
is slechts een manier om elke kracht te beschrijven die loodrecht op de lineaire snelheid van een object werkt. Veel soorten objecten of interacties kunnen centripetale krachten leveren.

Bijvoorbeeld, zoals reeds vermeld, een touw dat in een cirkel ronddraait, biedt centripetale kracht aan een object dat aan het uiteinde ervan is vastgebonden. Een auto die door een bocht draait, ondervindt centripetale kracht door de wrijving tussen zijn banden en de weg. Een satelliet in een baan blijft in een cirkel bewegen vanwege de zwaartekracht die een middelpuntzoekende kracht naar het midden van de aarde levert.

In elk van deze gevallen, als de bron van de middelpuntzoekende kracht plotseling werd verwijderd, werd het touw , de wrijving of zwaartekracht, zou het object stoppen met bewegen in een cirkel. Meer in het bijzonder zou het wegvliegen met een raaklijn aan die cirkel met welke lineaire snelheid die het ook had.
Centripetale kracht en Centripetale versnelling

Omdat centripetale kracht gericht is naar het midden van de cirkelvormige baan en de middelpuntvliedende kracht van een object bestaat niet om het tegen te gaan
, het object dat in een gebogen pad beweegt, moet een netto kracht ondervinden naar het midden van de cirkel.

Uit de tweede wet van Newton, F \u003d ma ,
hieruit volgt dat een netto kracht een versnelling veroorzaakt. Inderdaad, alles dat in een cirkel beweegt, heeft een versnelling, aangeduid als centripetale versnelling
, in de richting van het middelpunt van de cirkel.

Dit kan contra-intuïtief lijken, aangezien een versnelling een verandering betekent snelheid, maar veel dingen bewegen in een cirkel met een schijnbaar constante snelheid.

Hier helpt het eraan te herinneren dat snelheid een vector is, met zowel een grootte als een richting, en het veranderen van een van die resultaten in een nieuwe snelheid. Terwijl een object in een cirkel beweegt, veranderen zowel de lineaire snelheid als de centripetale versnelling voortdurend van richting; op elk punt langs het pad worden de pijlen voor elke vector op een andere manier gericht dan op elk ander punt op het pad.

Het object blijft dus met dezelfde snelheid reizen, maar met een voortdurend veranderende richting. Natuurkundigen beschrijven dit als uniforme cirkelvormige beweging
.
Hoe circulaire beweging af te stellen

Omdat middelpuntzoekende kracht altijd loodrecht op de lineaire snelheid van een object staat, beschrijft het de straal van het cirkelvormige pad van het object. Daarom, hoe groter de middelpuntzoekende kracht, hoe harder de "sleepboot" naar binnen, hoe strakker of kleiner de cirkel zal zijn, en hoe losser de middelpuntzoekende kracht, hoe groter de cirkelbaan zal zijn.

Dit kan logisch zijn intuïtief: trekken aan het touw dat de bal vasthoudt, of een curve maken op een plakkerig oppervlak met meer wrijving dan op een glad oppervlak, zoals ijs, zullen beide resulteren in kleinere cirkelvormige bewegingen. Onthoud dat in elke situatie de enige kracht die de cirkelvormige beweging veroorzaakt, een naar binnen gerichte, middelpuntzoekende kracht is. Geen enkele middelpuntvliedende kracht duwt een object ooit "eruit" in een cirkel