แรงเหวี่ยงมีอยู่ทั่วไปในชีวิตประจำวันของเรา แต่มันเป็นสิ่งที่เราคิดว่ามันเป็น?
เราพบมันเมื่อเราปัดเศษมุมหนึ่งในรถหรือเมื่อธนาคารเครื่องบินเลี้ยว เราเห็นมันในรอบการปั่นของเครื่องซักผ้าหรือเมื่อเด็กนั่งบนม้าหมุน วันหนึ่งมันอาจให้แรงดึงดูดเทียมสำหรับเรืออวกาศและสถานีอวกาศ
แต่แรงเหวี่ยงหนีศูนย์มักจะสับสนกับแรงสู่ศูนย์กลางเนื่องจากมันสัมพันธ์กันมาก - โดยพื้นฐานแล้วทั้งสองด้านของเหรียญเดียวกัน
แรงของ Centripetal หมายถึง "แรงที่จำเป็นต่อการเคลื่อนที่ของวัตถุในเส้นทางโค้งและเข้าสู่ศูนย์กลางของการหมุน" ในขณะที่แรงเหวี่ยงถูกกำหนดให้เป็น "แรงที่เห็นได้ชัดจากการเคลื่อนที่ของวัตถุ ในเส้นทางโค้งที่ทำหน้าที่อยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางการหมุน "อ้างอิงจากพจนานุกรม Merriam Webster
โปรดทราบว่าในขณะที่แรงสู่ศูนย์กลางเป็นแรงที่เกิดขึ้นจริงแรงเหวี่ยงถูกกำหนดเป็นแรงที่ชัดเจน กล่าวอีกนัยหนึ่งเมื่อหมุนมวลเป็นสตริงสตริงออกแรงแรงสู่ศูนย์กลางของมวลในขณะที่มวลปรากฏออกแรงแรงเหวี่ยงออกไปด้านนอกบนสาย
Andrew A. Ganse นักฟิสิกส์การวิจัยของ University of Washington กล่าวว่าความแตกต่างระหว่างแรงสู่ศูนย์กลางและแรงเหวี่ยงเกี่ยวข้องกับ 'กรอบอ้างอิง' ที่แตกต่างกันนั่นคือมุมมองที่แตกต่างจากที่คุณวัดบางอย่าง "แรงสู่ศูนย์กลางและแรงเหวี่ยงเป็นแรงเท่ากันจริง ๆ เพียงแค่ไปในทิศทางตรงกันข้ามเพราะพวกมันมีประสบการณ์จากกรอบอ้างอิงที่แตกต่างกัน"
หากคุณกำลังสังเกตระบบการหมุนจากด้านนอกคุณจะเห็นแรงสู่ศูนย์กลางของขาเข้าที่ทำหน้าที่ควบคุมการหมุนของร่างกายไปยังเส้นทางวงกลม อย่างไรก็ตามหากคุณเป็นส่วนหนึ่งของระบบการหมุนคุณจะได้สัมผัสกับแรงเหวี่ยงที่เห็นได้ชัดซึ่งผลักคุณออกไปจากจุดศูนย์กลางของวงกลมแม้ว่าสิ่งที่คุณรู้สึกจริงๆคือแรงสู่ศูนย์กลางของขาเข้าที่ทำให้คุณไม่ไปสัมผัสแทนตัวอักษร .
กองกำลังปฏิบัติตามกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
แรงภายนอกที่ชัดเจนนี้อธิบายโดยกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน กฎข้อที่หนึ่งของนิวตันระบุไว้ว่า "ร่างกายที่เหลือจะยังคงพักอยู่และร่างกายที่กำลังเคลื่อนไหวจะยังคงเคลื่อนไหวจนกว่าจะมีการกระทำโดยแรงภายนอก"
หากวัตถุขนาดใหญ่เคลื่อนที่ผ่านช่องว่างเป็นเส้นตรงความเฉื่อยของมันจะทำให้มันเป็นเส้นตรงยกเว้นว่าแรงจากภายนอกทำให้ความเร็วเพิ่มขึ้นช้าลงหรือเปลี่ยนทิศทาง เพื่อให้มันไปตามเส้นทางวงกลมโดยไม่เปลี่ยนความเร็วต้องใช้แรงสู่ศูนย์กลางอย่างต่อเนื่องที่มุมฉากกับทางของมัน รัศมี (r) ของวงกลมนี้เท่ากับมวล (m) คูณสแควร์ของความเร็ว (v) หารด้วยแรงสู่ศูนย์กลาง (F) หรือ r = mv ^ 2 / F สามารถคำนวณแรงได้โดยทำการจัดเรียงสมการใหม่ F = mv ^ 2 / r
กฎข้อที่สามของนิวตันกล่าวว่า "สำหรับทุกการกระทำมีปฏิกิริยาที่เท่าเทียมและตรงกันข้าม" เช่นเดียวกับแรงโน้มถ่วงที่ทำให้คุณต้องออกแรงบนพื้นดินดูเหมือนจะออกแรงเท่ากันและตรงข้ามกับเท้าของคุณ เมื่อคุณอยู่ในรถเร่งความเร็วที่นั่งจะออกแรงไปข้างหน้าเหมือนกับที่คุณใช้แรงย้อนหลังบนที่นั่ง
ในกรณีของระบบหมุนกำลังศูนย์กลางจะดึงมวลเข้าด้านในเพื่อไปตามเส้นทางโค้งในขณะที่มวลดูเหมือนจะผลักออกไปด้านนอกเนื่องจากแรงเฉื่อยของมัน อย่างไรก็ตามในแต่ละกรณีมีการใช้กำลังเพียงอันเดียวเท่านั้นขณะที่อีกอันหนึ่งเป็นกำลังที่ชัดเจน
ตัวอย่างของแรงสู่ศูนย์กลางในการกระทำ
มีแอพพลิเคชั่นมากมายที่ใช้ประโยชน์จากแรงสู่ศูนย์กลาง หนึ่งคือการจำลองการเร่งความเร็วของการเปิดตัวของพื้นที่สำหรับการฝึกอบรมนักบินอวกาศ เมื่อจรวดเปิดตัวครั้งแรกมันก็เต็มไปด้วยเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ที่มันแทบจะไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ อย่างไรก็ตามเมื่อมันขึ้นไปมันจะเผาผลาญเชื้อเพลิงในอัตราที่มหาศาลและสูญเสียมวลอย่างต่อเนื่อง กฎข้อที่สองของนิวตันระบุว่าแรงนั้นเท่ากับความเร่งคูณมวลหรือ F = ma
ในสถานการณ์ส่วนใหญ่มวลคงที่ ด้วยจรวดแม้ว่ามวลของมันจะเปลี่ยนไปอย่างมากในขณะที่แรงในกรณีนี้แรงขับของมอเตอร์จรวดก็ยังคงที่ สิ่งนี้ทำให้การเร่งความเร็วไปยังจุดสิ้นสุดของระยะการเร่งจะเพิ่มขึ้นเป็นหลายเท่าของแรงโน้มถ่วงปกติ นาซ่าใช้เครื่องหมุนเหวี่ยงขนาดใหญ่เพื่อเตรียมความพร้อมสำหรับนักบินอวกาศสำหรับการเร่งความเร็วที่รุนแรงนี้ ในแอปพลิเคชั่นนี้แรงสู่ศูนย์กลางจากที่นั่งด้านหลังดันเข้าสู่นักบินอวกาศ
อีกตัวอย่างหนึ่งของการประยุกต์ใช้แรงสู่ศูนย์กลางคือ centrifuge ของห้องปฏิบัติการซึ่งใช้เพื่อเร่งการตกตะกอนของอนุภาคที่แขวนอยู่ในของเหลว การใช้งานทั่วไปของเทคโนโลยีนี้คือการเตรียมตัวอย่างเลือดสำหรับการวิเคราะห์ อ้างอิงจากเว็บไซต์ Experimental Biosciences ของ Rice University "โครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ของเลือดทำให้มันง่ายมากที่จะแยกเซลล์เม็ดเลือดแดงออกจากพลาสมาและองค์ประกอบอื่น ๆ ที่เกิดขึ้นโดยการปั่นแยกที่แตกต่างกัน"
ภายใต้แรงโน้มถ่วงปกติการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนทำให้เกิดการผสมอย่างต่อเนื่องซึ่งจะช่วยป้องกันไม่ให้เซลล์เม็ดเลือดตกตะกอนจากตัวอย่างเลือดทั้งหมด อย่างไรก็ตามเครื่องหมุนเหวี่ยงทั่วไปสามารถบรรลุการเร่งความเร็วที่ 600 ถึง 2,000 เท่าของแรงโน้มถ่วงปกติ นี่เป็นการบังคับให้เซลล์เม็ดเลือดแดงหนักตกลงที่ด้านล่างและแบ่งส่วนประกอบต่างๆของการแก้ปัญหาให้เป็นชั้นตามความหนาแน่น
บทความนี้ได้รับการปรับปรุงเมื่อวันที่ 10 พฤษภาคม 2019 โดย Live Science Contributor, Jennifer Leman
