Differenza tra forza centrifuga e centripeta

Differenza principale: forza centrifuga e centripeta

Ci sono forze che agiscono su qualsiasi oggetto che sta viaggiando su un percorso circolare. A seconda del tipo di frame di riferimento da cui viene osservato l'oggetto, è possibile che le forze sembrino agire diversamente sull'oggetto. Il differenza principale tra la forza centrifuga e centripeta è quella la forza centripeta agisce sull'oggetto in direzione il centro del percorso circolare. In contrasto, la forza centrifuga è una forza apparente che agisce sull'oggetto in una direzione che punta lontano dal centro del cerchio. Un osservatore in un sistema di riferimento inerziale non percepisce una forza centrifuga. Solo un osservatore in un sistema di riferimento rotante che ruota insieme all'oggetto in movimento circolare percepisce una forza centrifuga.

Cos'è la forza centripeta

Un oggetto accelera ogni volta che cambia la sua velocità. Poiché la velocità è una quantità vettoriale, può essere modificata cambiando le sue dimensioni (velocità) o la direzione del movimento. Qualsiasi oggetto che viaggia su un percorso circolare cambia costantemente direzione, il che significa che è in costante accelerazione. Secondo la seconda legge di Newton, poiché l'oggetto sta accelerando, dovrebbe avere una forza risultante che agisce su di esso. Considerando la rappresentazione vettoriale della velocità di un oggetto che viaggia in un percorso circolare e quindi applicando la seconda legge di Newton a questa accelerazione, abbiamo scoperto che la forza centripeta su un oggetto che viaggia su un percorso circolare agisce sempre verso il centro del cerchio, e questa forza centripeta potrebbe essere dato da:

dove  è la massa e è la velocità dell'oggetto, e  è il raggio del percorso circolare dell'oggetto.

Cos'è la forza centrifuga

Considera l'uomo che sta per fare un "lancio del martello" mostrato di seguito:

Un lanciatore di martelli

Mentre il lanciatore di martelli fa ruotare il martello, sta anche ruotando insieme al martello. In altre parole, lui e il martello sono in a telaio rotante di riferimento. Quando guarda il martello, vede (rispetto a se stesso) che il martello è fermo. Sente una tensione nel manico e quindi sa che il martello sta tirando via la maniglia da lui. Con la terza legge di Newton, conclude che il manico deve tirare il martello in direzione lui.

Tuttavia, il lanciatore di martelli pensa che il cane sia a riposo. Sa anche che il martello viene tirato verso di lui, quindi secondo la prima legge di Newton, conclude che ci deve essere un'altra forza che agisce sul martello, tirandola direttamente lontano da lui. Questa forza è centrifugo: la parola "centrifuga" qui significa che questa forza percepita sta tentando di allontanare l'oggetto dal centro del percorso circolare dell'oggetto (ovviamente, il lanciatore di martello non sa che il martello si muove in un percorso circolare, ma se lui dovevano spiegare in seguito le forze che percepiva a qualcun altro che aveva osservato il martello da un telaio di riferimento inerziale, quella persona avrebbe identificato che la forza "centrifuga" puntava lontano dal centro del percorso circolare).

Il martello è non a riposo in un quadro di riferimento inerziale. Un osservatore che osserva il martello da un sistema di riferimento inerziale vedrà il martello viaggiare in un percorso circolare e non troverà una forza centrifuga. Infatti, se si osserva il martello da un sistema di riferimento inerziale, si identificano due forze che agiscono sul martello, la tensione lungo l'impugnatura e il peso del martello:

Forze che agiscono sul martello

La tensione agisce lungo la maniglia del martello, tirando il martello verso il cerchio mentre la gravità tenta di tirare giù il martello. La forza centripeta è la forza risultante verso il centro. Ad esempio, se il lanciatore di martelli sta ruotando il martello in un cerchio orizzontale in quel momento, la forza risultante verso il centro del cerchio sarebbe .

Il video qui sotto discute anche la differenza tra le forze "centripeta" e "centrifuga" per gli oggetti che si muovono in percorsi circolari:

La forza centrifuga è spesso vista come una forza "fittizia" perché non può essere osservata da un sistema di riferimento inerziale e anche perché non esiste una vera "interazione" a cui uno potrebbe puntare, per spiegare la sua origine. Tuttavia, a volte, esso è utile immaginare le forze centrifughe come se fossero reali, specialmente se si stanno progettando cose che diventeranno parte di un sistema rotante!

Differenza tra forza centrifuga e centripeta

Reale o fittizio

Forza centripeta è una vera forza che è il risultato di un'interazione fisica.

Forza centrifuga è una forza fittizia che sembra essere presente quando un oggetto rotante è visto da una trama di riferimento che ruota anch'essa insieme all'oggetto.

Direzione

Forza centripeta agisce verso il centro del percorso circolare.

Forza centrifuga sembra agire in una direzione che punta lontano dal centro del percorso circolare.

Aspetto nei fotogrammi inerziali di riferimento

Forza centripeta può essere osservato da un sistema di riferimento inerziale.

Forza centrifuga non può essere osservato da un sistema di riferimento inerziale.

Cortesia dell'immagine

"Throwing the Hammer - Dornoch Highland Gathering 2007" di John Haslam (Opera propria) [CC BY 2.0], via flickr