Проявление центробежной силы инерции

С действием этой силы мы часто сталкиваемся в обыденной жизни. Чаще всего это ощущается в транспорте при совершении им поворота, когда нас отбрасывает в сторону, противоположную центру поворота – туда, куда направлена центробежная сила. Эффект от действия этой силы используется в любых сепараторах и центрифугах. К примеру, встиральных машин во время отжима белья происходит следующее: при большой скорости вращения барабана частички влаги отрываются от ткани и вылетают из него через отверстия.

Центробежные силы всегда стремятся сместить тела от оси вращения к периферии и возрастают с увеличением угловой скорости и расстояния от указанной оси. По этой причине массивные, быстро вращающиеся части машин (роторы турбин, лопасти винтов вертолетов, самолетов, кораблей и т.д.) приходится делать очень прочными. Если центробежные силы превысят предел прочности таких деталей, то могут разорвать их на части.

Земля, благодаря суточному вращению, тоже представляет собой вращающуюся систему отсчета. Центростремительное (нормальное) ускорение на экваторе равно: а_n=ω²R, где ,

Т = 24ч·3600с = 86400 с – период обращения Земли вокруг оси,

R = 6370 км = 6,37·10⁶ м. – радиус Земли на экваторе.

.

По сравнению с экваториальным ускорением свободного падения g_э=9,78 м/с² это величина малая, но тем не менее она заметно влияет на изменение веса тела на экваторе по сравнению с его весом на полюсе (именно весом, а не массой). Это происходит потому, что нормальное ускорение предопределяет величину центробежной силы F_цб, которая в свою очередь хоть и незначительно, но все же компенсирует силу тяжести G (см. рис. 3.4).

Если, например, взвешивать тело массой 10 кг на

Рис.3.4 экваторе и на полюсе, то разница в показаниях

весов за счет действия центробежной силы

составит около 35 грамм.

Кстати, величина ускорения свободного

падения у поверхности Земного шара меняется в

в зависимости от ширины местности: на экваторе

она минимальная g_э=9,78 м/с², а на полюсах –

максимальная g_п=9,82 м/с². Этот эффект тоже

объясняется действием центробежной силы инерции. Минимальное значение в пределах Земли она принимает на экваторе, поскольку линейная скорость вращения на экваторе больше, чем на любой другой широте. Ведь за одни сутки (24 часа) тело находящееся на экваторе, вместе с поверхностью Земли проходит расстояние, равное длине экватора (≈ 40000 км); а тело, находящееся на любой другой широте, за те же 24 часа преодолевает вместе с поверхностью Земли расстояние, равное длине той параллели, на которой оно находится. Поэтому здесь центробежная сила будет меньше, чем на экваторе. Опять же центробежная сила «компенсирует» силу тяжести, и на экваторе этот эффект выражен сильнее, чем на любой другой широте. А на полюсе отсутствует вовсе.

Сама сплюснутость Земли обусловлена ее вращением: она вызвана центробежными силами, направленными от оси и имеющими наибольшее значение на экваторе. Подобным же образом сплюснуты и другие небесные тела. Юпитер, являясь планетой-гигантом (его радиус в 11 раз больше радиуса Земли ≈70000 км), совершает полный оборот всего за 10 часов. Очевидно, что эффект сплюснутости Юпитера будет выражен сильнее, чем у Земли. Напротив, Луна, совершающая один оборот вокруг своей оси за один месяц, практически не сплюснута и имеет форму шара.