Nauki przyrodnicze
MENU
STRONA GŁÓWNA
Przyroda polska
Zdjęcia natury
Fizyka teoretyczna
Biologia teoretyczna
Biochemia
Biologia molekularna
Ornitologia
Rośliny Polski
Botanika
Zoologia
Internetowe ZOO
Związki czynne roślin
Pierwiastki
chemiczne
Chemia nieorg.
Chemia organiczna
Ciekawostki
biologiczne
Ciekawostki
fizyczne
Ciekawostki
chemiczne
Ciekawe książki
Ciekawe strony www
Słownik

INFO
INFO O AUTORZE
KONTAKT

Do działu: FIZYKA TEORETYCZNA →

Siły pozorne

Siły pozorne, czyli siły bezwładności lub siły bezźródłowe to pseudosiły, których efekty działania można obserwować tylko w obrębie układów nieinercjalnych – to znaczy układów poruszających się ze zmiennym wektorem prędkości.

Najbardziej powszechne siły pozorne to:
  • siła bezwładności w hamowaniu lub przyspieszaniu
  • siła odśrodkowa
  • siła Coriolisa
Siła bezwładności w hamowaniu lub przyspieszaniu pojawia się w układzie nieinercjalnym, poruszającym się ze zmienną wartością wektora prędkości. Najlepiej zrozumiemy jej istotę na przykładzie wagonu jadącego po prostych torach.
Obserwator umieszczony w przedziale wagonu, kładzie filiżankę z kawą na stoliku przed sobą. Inny obserwator stoi przy nasypie kolejowym (jest w układzie inercjalnym, bo możemy traktować nasyp jako spoczywający, czyli niezmieniający prędkości).

Na początku pociąg porusza się ruchem jednostajnym po linii prostej. Obserwator przy nasypie widzi filiżankę poruszającą się (wraz z wagonem) ze stałą prędkością. Obserwator w przedziale widzi, że filiżanka spoczywa w jego układzie odniesienia (względem ściany przedziału).

siła bezwładności

Z powyższego rysunku widzimy, że filiżanka zachowuje stałą odległość od ściany przedziału (spoczywa względem niej), bo porusza się w prawo dokładnie tak samo jak ścianka.
Nagle wagon hamuje, czyli zmienia prędkość. Staje się wtedy układem nieinercjalnym. Obserwator przy nasypie (układ inercjalny) widzi, że układ-wagon zahamował, a filiżanka porusza się nadal z tą samą prędkością, z jaką poruszała się (bezwładność). Obserwator ten nie widzi żadnej zmiany w zachowaniu filiżanki.
Obserwator wewnątrz przedziału (układ nieinercjalny) zobaczy, że w momencie hamowania pociągu filiżanka nagle „zrywa się” ze stolika i zaczyna podążać w kierunku ścianki przedziału, aby się o nią rozbić. Obserwator ten wyciągnie następujący wniosek: na filiżankę musiała zadziałać jakaś tajemnicza siła. Jest to właśnie siła bezwładności w hamowaniu.

siły bezźródłowe

Dlaczego jest ona pozorna? Bo tak naprawdę z filiżanką nic nowego się nie dzieje i tak właściwie to nie przyspieszająca filiżanka rozbija się o ściankę, ale hamująca ścianka „nadziewa się” na filiżankę. A dlaczego jest ona bezźródłowa? Bo za ścianką nie ma żadnego źródła siły bezwładności. Jest to pseudosiła, bo prawdziwe siły zawsze mają źródło (np. ładunek, masę).

Innym rodzajem siły pozornej jest siła odśrodkowa. Pojawia się ona we wszystkich układach nieinercjalnych, których tor ruchu ma krzywiznę (kierunek wektora prędkości zmienia się).
Dla uproszczenia weźmy samochód poruszający się po okręgu. Będzie on naszym układem nieinercjalnym. Gdy samochód, który najpierw jechał ze stałą prędkością po linii prostej, zaczyna zataczać okrąg, to pasażer siedzący w środku „chce” dalej poruszać się po prostej (bezwładność). Dlatego „wpada” on na boczne drzwi samochodu. Odczuwa on, że jakaś tajemnicza siła wyrzuca go na bok. Jest to właśnie siła odśrodkowa.
Obserwator obserwujący samochód z zewnątrz powie, że pasażer porusza się tak jak wcześniej i nic się z nim nie dzieje. To po prostu samochód zaczął skręcać i „nadział się” bocznymi drzwiami na pasażera.

siła odśrodkowa

Siła Coriolisa działa na każde ciało znajdujące się w obracającym się układzie nieinercjalnym, które wykonuje wewnątrz tego układu ruch. Jest jeszcze jeden warunek: wektor prędkości tego ruchu nie może być równoległy do wektora prędkości kątowej układu.
Wzór na wartość siły Coriolisa:

Fc = 2m ωv sinα

gdzie: Fc – siła Coriolisa, m – masa ciała, na które działa siła Coriolisa, ω – prędkość kątowa układu, v – prędkość ruchu ciała w obrębie układu, sinα – sinus kąta pomiędzy wektorem ω i wektorem v.

Aby doznać działania tej siły na własnej skórze, najlepiej wejść na kręcącą się karuzelę i spróbować poruszać się w kierunku jej środka. Pojawi się siła powodującą skręt w bok podczas ruchu (prostopadła do ruchu). Jest to właśnie siła Coriolisa.

Spróbujmy zrozumieć głębiej czemu tak jest. Kiedy idę na kręcącej się karuzeli w kierunku jej środka, to wchodzę na okręgi, które mają coraz mniejszy promień. A więc poruszam się na nich w bok z tą samą prędkością kątową (ω), ale coraz mniejszą liniową (f), bo f=ωr.
Zatem, po prostu hamuję, więc pojawia się siła bezwładności w kierunku hamowania, czyli w bok.

MACIEJ PANCZYKOWSKI

 Autor wortalu: Maciej Panczykowski, Copyright © 2003-2018 by Maciej Panczykowski