Kekuatan emparan ada di mana-mana dalam kehidupan seharian kita, tetapi apakah yang kita fikirkan?
Kami merasakannya ketika kami melintasi sudut di dalam kereta atau ketika sebuah bank penerbangan menjadi giliran. Kami melihatnya dalam kitaran putaran mesin basuh atau ketika anak-anak menunggang di tempat yang bersenang-senang. Pada suatu hari, ia juga boleh memberikan graviti buatan untuk kapal angkasa dan stesen angkasa.
Tetapi daya empar sering dikelirukan dengan rakan sejawatannya, daya centripetal, kerana mereka sangat berkait rapat - pada dasarnya dua sisi duit syiling yang sama.
Daya centripetal ditakrifkan sebagai, "daya yang diperlukan untuk memastikan objek bergerak dalam laluan melengkung dan yang diarahkan ke dalam ke arah pusat putaran," manakala daya sentrifugal ditakrifkan sebagai "daya jelas yang dirasakan oleh objek yang bergerak dalam laluan melengkung yang bertindak jauh dari pusat putaran, "menurut Merriam Webster Dictionary.
Perhatikan bahawa walaupun kekuatan sentripetal adalah daya sebenar, daya sentrifugal ditakrifkan sebagai daya jelas. Dalam erti kata lain, apabila menggerakkan jisim pada rentetan, rentetan menimbulkan daya sentripetal ke dalam jisim, manakala jisim nampaknya menggerakkan daya sentrifugal keluar pada tali.
"Perbezaan antara daya centripetal dan emparan mempunyai kaitan dengan 'bingkai rujukan' yang berlainan, iaitu sudut pandangan yang berbeza dari mana anda mengukur sesuatu," kata Andrew A. Ganse, ahli fizik penyelidikan di University of Washington. "Daya centripetal dan daya sentrifugal adalah benar-benar daya yang sama, hanya dalam arah yang bertentangan kerana mereka berpengalaman daripada bingkai rujukan yang berbeza."
Sekiranya anda mengamati sistem berputar dari luar, anda melihat daya sentripetal masuk yang berfungsi untuk mengekang badan berputar ke laluan bulat. Walau bagaimanapun, jika anda adalah sebahagian daripada sistem berputar, anda mengalami daya sentrifugal yang menonjol anda menjauhkan diri dari pusat bulatan, walaupun apa yang sebenarnya anda rasa adalah daya sentripetal dalam yang menghalang anda daripada secara literal .
Pasukan mematuhi Undang-undang Gerakan Newton
Daya luar yang jelas ini digambarkan oleh Undang-Undang Gerakan Newton. Undang-undang Pertama Newton menyatakan bahawa "satu badan yang beristirahat akan kekal rehat, dan satu badan yang bergerak akan terus bergerak kecuali jika ia bertindak oleh tenaga luar."
Sekiranya badan besar bergerak melalui ruang dalam garis lurus, inersia akan menyebabkannya berterusan dalam garis lurus melainkan jika daya luar menyebabkan ia mempercepat, melambatkan atau mengubah arah. Agar ia mengikuti laluan bulat tanpa mengubah kelajuan, daya sentripetal yang berterusan mesti digunakan pada sudut yang tepat untuk laluannya. Lingkaran (r) bagi bulatan ini bersamaan dengan jisim (m) kali kuadrat halaju (v) dibahagikan dengan daya sentripetal (F), atau r = mv ^ 2 / F. Daya boleh dikira dengan hanya menyusun semula persamaan, F = mv ^ 2 / r.
Hukum Ketiga Newton menyatakan bahawa "untuk setiap tindakan, terdapat tindak balas yang sama dan bertentangan." Sama seperti graviti menyebabkan anda mengerahkan kekuatan di atas tanah, tanah kelihatan menunjukkan daya yang sama dan bertentangan di kaki anda. Apabila anda berada di sebuah kereta yang mempercepatkan, kerusi itu memaksa pasukan ke hadapan untuk mengejar anda seolah-olah anda kelihatan menggerakkan gaya ke belakang di tempat duduk.
Dalam kes sistem berputar, daya centripetal menarik jisim ke dalam untuk mengikuti laluan melengkung, manakala jisim nampaknya menolak ke luar kerana inersia itu. Dalam setiap kes ini, hanya ada satu kekuatan nyata yang digunakan, sementara yang lain hanya satu kekuatan yang nyata.
Contoh daya sentripetal dalam tindakan
Terdapat banyak aplikasi yang mengeksploitasi daya sentripetal. Salah satunya adalah untuk mensimulasikan pecutan pelancaran ruang angkasa untuk latihan angkasawan. Ketika sebuah roket pertama kali diluncurkan, ia sangat sarat dengan bahan bakar dan oksidator sehingga ia hampir tidak dapat bergerak. Bagaimanapun, ketika ia naik, ia membakar bahan api pada kadar yang sangat besar, terus-menerus kehilangan massa. Undang-undang Kedua Newton menyatakan bahawa daya bersamaan dengan pecutan masa massa, atau F = ma.
Dalam kebanyakan situasi, jisim kekal malar. Dengan roket, walaupun, jisimnya berubah secara drastik, sementara daya, dalam hal ini tujah motosikal roket, tetap hampir tetap. Ini menyebabkan pecutan ke arah akhir fasa rangsangan meningkat kepada beberapa kali dari graviti biasa. NASA menggunakan sentrifugal yang besar untuk menyediakan angkasawan untuk pecutan melampau ini. Dalam aplikasi ini, daya sentripetal disediakan oleh kerusi belakang yang menolak masuk ke dalam angkasawan.
Satu lagi contoh pemakaian daya centripetal ialah sentrifuge makmal, yang digunakan untuk mempercepatkan pemendakan zarah yang digantung dalam cecair. Satu penggunaan umum teknologi ini adalah untuk menyediakan sampel darah untuk analisis. Menurut laman web Rice University's Experimental Biosciences, "Struktur darah yang unik menjadikannya sangat mudah untuk memisahkan sel-sel darah merah dari plasma dan unsur-unsur lain yang terbentuk melalui sentrifugasi pembezaan."
Di bawah daya graviti biasa, gerakan haba menyebabkan pencampuran berterusan yang menghalang sel darah daripada mengatasi sampel darah keseluruhan. Bagaimanapun, centrifuge biasa boleh mencapai pecutan yang 600 hingga 2,000 kali dari graviti biasa. Ini memaksa sel darah merah berat untuk menetap di bahagian bawah dan mengatasi pelbagai komponen larutan ke dalam lapisan mengikut ketumpatannya.
Artikel ini telah dikemas kini pada 10 Mei 2019 oleh Penyiaran Live Science, Jennifer Leman.
