Įcentrinė jėga

Įcentrinė jėga – jėga, verčianti judėti kūnus apskritimu ir įgyti įcentrinį pagreitį.

Šiam straipsniui ar jo daliai trūksta išnašų į patikimus šaltinius. Jūs galite padėti Vikipedijai pridėdami tinkamas išnašas su šaltiniais.

Matematinės formulės

Įcentrinės jėgos skaičiavimo formulė:

${\displaystyle F_{c}={\frac {mv^{2}}{R}}}$

Kūno masės skaičiavimas pagal įcentrinės jėgos formulę:

${\displaystyle m={\frac {F_{c}R}{V^{2}}}}$

Apskritimo spindulio skaičiavimo formulė:

${\displaystyle R={\frac {mV^{2}}{F_{c}}}}$

Kūno greičio apskaičiavimo formulė:

${\displaystyle V={\sqrt {\frac {F_{c}R}{m}}}}$

Simbolių paaiškinimas

F_c – įcentrinė jėga

m – kūno masė

V – kūno greitis

R – apskritimo spindulys, kuriuo juda kūnas

Įcentrinės jėgos samprata

Pagal antrąjį Niutono dėsnį jėga yra kūno pagreičio priežastis. Vadinasi, apskritimu judančiam kūnui įcentrinį pagreitį suteikia jėga, pavyzdžiui, ratu čiuožiančiai sportininkei – jos partnerio ranka. Ją atitraukus, jėga nustoja veikti sportininkę ir ši dėl to ima judėti tiesiai be įcentrinio pagreičio.

Automobiliui važiuojant posūkyje jį veikia įcentrinė jėga.

Kuo mažesnis apskritimo spindulys, esant tam pačiam greičiui, tuo didesnė įcentrinė jėga. Pavyzdžiui, kuo staigesnis kelio posūkis (t. y. kuo mažesnis spindulys), tuo didesnė jėga turi veikti transporto priemonę posūkio centro kryptimi.

Įcentrinės jėgos priklausomybė nuo kūno greičio yra kvadratinė: greičiui padidėjus dvigubai, įcentrinė jėga padidėja 4 kartus, greičiui šoktelėjus 3 kartus, įcentrinė jėga padidėja 9 kartus. Tai gerai žino transporto priemonių vairuotojai.

Įcentrinė gali būti bet kuri gamtoje pasireiškianti jėga: trinties, tamprumo, traukos… Įcentrinė yra trinties jėga, veikianti kelio posūkiu važiuojantį automobilį, taip pat traukos jėga, kurią Žemė veikia Mėnulį, versdama skrieti jį aplink Žemę (gravitacinės jėgos). Gravitacinės jėgos (kaip ir kuloninės) yra taip vadinamosios centrinės jėgos – jėgos, kurių stipris priklauso tik nuo atstumo iki ją sukeliančio objekto centro.

Įcentrinės jėgos veikimo pavyzdžiai

Aplinkoje nesunku rasti pavyzdžių, iliustruojančių, kad įcentrinė jėga yra kūną veikiančių jėgų atstojamoji. Dviratininko, bėgiko ar čiuožėjo judėjimas kelio posūkyje yra judėjimas apskritimu.

Tiesiu kelio ruožu tolygiai važiuojantį dviratininką veikia dvi jėgos: sunkio jėga (F_s) ir kelio reakcijos jėga (N) (Paveikslėlis a). Jos kompensuoja viena kitą. Važiuodamas kelio posūkiu dviratininkas pasvyra į apskritimo centrą (Paveikslėlis b). Tada jį veikiančios jėgos F ir N jau nebeatsveria viena kitos. Šių jėgų atstojamoji (F_c) yra centrinė jėga, veikianti apskritimo centro kryptimi ir sukelianti įcentrinį pagreitį a_įc.

Kampas α, kuriuo dviratininkas pasvyra į Žemės paviršių, priklauso nuo greičio (V) modulio ir kelio posūkio spindulio (R). Dviratininkai, motociklininkai bei čiuožėjai žino: kuo didesnis greitis ir mažesnis posūkio spindulys, tuo daugiau reikia pasvirti į apskritimo centrą.

Judančiam posūkiu kūnui įcentrinį pagreitį galima suteikti ir kitu būdu. Tam tikslui lenktynių trasose ties posūkiais daromos sankasos – išorinis lenktynių trasos kraštas šiek tiek pakeliamas, taigi posūkyje kelias sudaro nuožulniąją plokštumą (Paveikslėlis c). jos polinkio kampą galima parinkti tokį, kad lenktynininką veikiančios sunkio jėgos (F_s) ir kelio reakcijos jėgos (N) atstojamoji (F_c) būtų nukreipta horizontaliai į posūkio centrą.