ما هي قوة الطرد المركزي

الكثير من الأشياء التي نقوم بها تعود لأسبابٍ فيزيائية، وهناك أشياء تحدث بسبب قوة تسمى قوة الطرد المركزي، فما هي قوة الطرد المركزي؟

4 إجابات

قوة الطرد المركزي

إنَّ كلّ جسم صلب أو كتلة نقطية موجودة على الكرة الأرضيّة أو في كوننا هذا، يتم التّأثير فيهما بقوى عديدة كقوى الجذب والطّرد المركزي أو قوّة الثّقل أو قوى التّجاذب الكوني، حيث هذه القوى تحافظ على استقرار الأجسام وثباتها في مكانها.

من منّا لم يتساءل يومًا عن ثبات ألعاب الملاهي وخاصّة تلكَ الّتي تدور بحركة دائرية حول محور ثابت، الجواب العلمي والتّفسيري هوَ: بسبب تساوي قوتان متعاكستان في الاتّجاه متساويتان بالقيمة (الشّدة)، القوّة الأولى هي قوّة الجذب المركزي في هذا المجال والقوّة الثّانية هي قوة الطرد المركزي (قوّة العطالة النّابذه) التي هيَ قوّة تُشير للجهة الخارجية من إطار لحركة جسم دائرية حول محور دوران ثابت.

كيّفية استنتاج قوة الطرد المركزي

مثلًا يدور جسم ما كتلته m حركة دائرية منتظمة، ويبعد هذا الجسم عن نصف القطر مسافة d تساوي نصف قطر الدّائرة المرسومة بحيث d=r بسرعة خطّية مقدارها V فتكون قيمة هذه القوّة F مساوية:

جداء كتلة الجسم بمربّع سرعته مقسومة على نصف قطر الدّائرة المرسومة وفقَ العلاقة:

F=m×V2/r

حيث قوة العطالة النّابذه تتناسب طردًا مع جداء كتلة الجسم ومربّع سرعته، وعكسًا مع نصف القطر للدائرة المرسومة. وهذا كلّه حسب قانون نيوتن، فمجموع القوى الخارجيّة تساوي الصّفر. وهذا يمكن تطبيقه على النجوم، وعلى كواكب مجموعتنا الشّمسية، حيث أنّ الشّمس تؤثر على الكواكب بقوّة جذب مركزيّة تساوي قوّة العطالة النّابذه لكلّ كوكب من هذه الكواكب، ويمكن حساب هذه القوّة بالقانون السّابق.

وهكذا أدّى هذا التّناسق والتّناسب بين الأجسام، دور كبير في استقرار الحركة في عالمنا.

أكمل القراءة

تمثّل القوّة عاملًا رئيسيًا في تغيير حالة الأجسام من السكون إلى الحركة وبالعكس. حدد علماء الفيزياء قيمةً واتجاهًا لهذه القوّة، ثم عمل نيوتن وأرخميدس على دراسة وتحليل هذه القوّة. أُطلق اسم “نيوتن” على واحدة هذه القوّة، حيث ركّز نيوتن في قوانينه الثلاثة على هذه القوّة، وحدد أنماطًا عديدةً من القوة. فنجد القوة الكهرومغناطيسية التي تلعب دورًا كبيرًا في التأثير بالشحنات الكهربائية، وقوة الجاذبية الأرضية التي تؤثر على جميع الأجسام على سطح الأرض.

وبذلك يمكننا تعريف قوة الطرد المركزية بأنها قوّةٌ غير حقيقيةٌ متواجدةٌ في كلٍ جزءٍ من سطح الأرض، تعمل على الحفاظ على حركة جسمٍ متحركٍ في مسارٍ منحنٍ نحو مركز الدوران. يمكن ملاحظة وجودها عند دوران الآلات الكهربائية والسيارات، وفي مدينة الألعاب وغيرها من الأمثلة الكثيرة على ذلك….

استنتج العلماء بعد سلسلةٍ من الأبحاث تساوي قيمة قوة الطرد المركزية مع قوة الجاذبية المركزية، إلا أنهما يختلفان في الاتجاه. ولحساب قوة الطرد المركزية، يمكنك استخدام التسارع المركزي بعكس اتجاه القوة عبر استخدام العلاقة الرياضية التالية:

FC = -mv2/r

  • FC: تمثل قوة الجذب المركزية، وتقاس بواحدة نيوتن.
  • M: كتلة الجسم وتقاس بواحدة الكيلوغرام.
  • V: سرعة الجسم المتحرك وتقاس بواحدة المتر في كل ثانية.
  • R: نصف القطر الذي يعبر عن المسافة بين الجسم والمركز، ويقاس بواحدة المتر.

أكمل القراءة

إن لحدوث بعض الأشياء التي تتطلب قوة في الحياة اليومية أسبابٌ عديدةٌ منها ما هو ناتج عن قوى فيزيائية، كركوب الأرجوحة الدائرية في مدينة الملاهي أو انعطاف السيارة الذي يسبب ميلان الركاب و غيرها من الأفعال التي تتم بوجود قوة تدعى قوّة الطرد المركزيّة، والتي عُرفت على أنها تلك القوة الوهمية الظاهرية والمؤثرة على الأجسام التي تتحرك بمسارات دائرية مسببةً اندفاعها باتجاهٍ بعيدٍ عن مركز الدوران أي للخارج.

كما يقول الفيزيائي أندرو جانسي أن قوة الطرد المركزية معاكسة بالإتجاه لقوة الجذب المركزية (والتي يتم فيها تحريك الأجسام نحو مركز الدوران )، ولكن مشابهة لها في القيمة.

ولحساب قوة الطرد المركزية قانونٌ رياضيٌّ هو:

Fc = -mv²/r

وكل رمز له دلالتهُ وواحدتهُ:

  • Fc: تدعى قوة الطرد المركزي، واحدتها نيوتن.
  • m: تعبر عن كتلة الجسم، واحدتها كغ.
  • v: هي سرعة الجسم، واحدتها متر في الثانية.
  • r: تسمى نصف القطر، أي بعد الجسم عن المركز والتي تُحسب بالمتر.

ومن هذه العلاقة نستنتج:

أن زيادة قوة الطرد المركزية تتناسب مع زيادة مربع سرعة الجسم، أي تزيد قوة الطرد بمقدار 100 مرة في حال زادت السرعة الدورانية بمقدار 10 مرات.

ومن التطبيقات على قوة الطرد المركزيّة حين يتم تدوير قرصٍ موضوعٌ عليه جسم من الأجسام، فإنَّ الجسم سيبقى على السطح نتيجة قوة الاحتكاك، وبمجرد زيادة السرعة الدورانيّة للجسم تصبح قوة الاحتكاك أقل من قوة الطرد المركزية وبالتالي يتحرك الجسم خارجًا ضمن خطٍ مستقيم.

أكمل القراءة

مكتشف قوة الطرد المركزية هو العالم البريطاني إسحق نيوتن زعيم التحريك الكلاسيكي. وبالتعريف هي القوة التي تبقي الأجسام المتحركة بشكل دائري محافظة على مسارها.

قوة الطرد المركزية هي القوة التي تمنع كواكب نظامنا الشمسي من الاصطدام بالشمس رغم خضوعها للجاذبية الشمسية. وبما أن الكواكب تسير على مسافات ثابتة (نسبياً) حول الشمس، بالتالي فإن قوة الطرد المركزية تعادل قوة الجذب بالقيمة وتعاكسها في الاتجاه.

ومن المثال السابق نستنتج أن هذه القوة تنشأ في الحركة الدورانية للأجسام.

وفي الحقيقة لقوة الطرد المركزية دور مهم في حياتنا، حتى أن تفلطح الأرض عند خط الاستواء أو ما يسمى بالانتفاخ الاستوائي ما هو إلا نتيجة لتأثير هذه القوة.

كما تعتمد الغسالة الآلية في منزلك في تجفيفها  للملابس على تأثير هذه القوة، ففي مرحلة التجفيف يدور المحرك بسرعة كبيرة، مما يدفع قطرات الماء الموجودة في الثياب للابتعاد للخارج نحو ثقوب حوض الغسالة.

يمكن زيادة قوة الطرد المركزية بثلاث طرق:

  • زيادة كتلة الجسم المتحرك.
  • زيادة السرعة الدورانية للجسم.
  • إنقاص نصف قطر الدوران.

تحسب قوة الطرد المركزية وفق المعادلة التالية:

Fc = −mv^2/r

ونلاحظ من المعادلة أن زيادة الكتلة أو إنقاص نصف القطر يزيد قوة الطرد بنفس النسبة، بينما زيادة السرعة يزيد قوة الطرد بشكل أسي، أي إذا ما زدنا السرعة خمسة أضعاف ستزداد قوة الطرد 25 ضعفاً.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هي قوة الطرد المركزي"؟