تويت
قوة الطرد المركزي
الكثير من الأشياء التي نقوم بها خلال حياتنا اليومية تعود لأسبابٍ فيزيائيةٍ بحتةٍ دون أن نعير ذلك أي اهتمامٍ فعلى سبيل المثال الميلان الذي نشعر به عن انعطاف السيارة أو عند ركوب الأطفال في الأرجوحة الدورانية في مدن الألعاب هل فكرنا يومًا ما هو السبب الذي يقف خلف ذلك؟ كل هذه الأشياء تحدث بسبب قوة تسمى قوة الطرد المركزي فما هي قوة الطرد المركزي؟ وكيف يتم حسابها؟ سنتعرف على كل ذلك من خلال المقال التالي.
قوة الطرد المركزي
الكثير من الأحيان يتم الخلط بين مفهوم قوّة الطرد المركزي ومفهوم قوة الجذب المركزي بسبب ارتباطهم الوثيق ببعض حيث يعتبران وجهان لعملةٍ واحدةٍ، تُعرَّف قوة الطرد المركزي بأنها قوةٌ حقيقيةٌ فعليةٌ تؤثر على الجسم للحفاظ على حركته ضمن مسارٍ دائريٍّ بحيث يتم جذبه نحو الداخل أي نحو مركز الدوران، بينما تُعرَّف قوّة الطرد المركزي بأنها هي قوةٌ ظاهريةٌ وهميةٌ غير حقيقيةٍ تؤثر على الجسم عندما يتحرك وفق مسارٍ دائريٍّ مما يؤدي إلى دفعه نحو الخارج مبتعداً عن مركز الدوران.
على سبيل المثال عندما تدور كتلةٌ على سلسلةٍ فإن السلسلة تؤثر على الجسم بقوة جذب مركزية داخلية بينما يبدو أن الكتلة تطبق قوة طرد مركزي خارجية على السلسلة.
يقول عالم الفيزياء البحثي بجامعة واشنطن أندرو جانسي أن "الفرق بين قوة الجذب المركزي وقوة الطرد المركزي يتعلق بأطر مرجعيةٍ مختلفةٍ أي يختلف باختلاف وجهات النظر التي نقيس منها الشيء"، كما يقول إن "قوة الجذب المركزي وقوّة الطرد المركزي هما في الحقيقة قوتين متماثلتين في القيمة لكن في اتجاهين متعاكسين لأنهما مرتبطان بأطرٍ مرجعيةٍ مختلفةٍ".
على سبيل المثال إذا كنا نراقب نظام دوّار من الخارج سنلاحظ أن قوة الجذب المركزي تعمل على تقييد الجسم الدوار وفق مسارٍ دائريٍّ، لكن لو كنا جزء من نظام الدوران هذا سنلاحظ وجود قوة تدفعنا بعيداً عن مركز الدوران هذه القوة هي قوة الطرد المركزي بالإضافة إلى شعورنا بقوة الجذب الداخلية التي تمنعنا من الانطلاق خارج النظام.
حساب قوّة الطرد المركزي
تعطى الصيغة العامة لقوة الطرد المركزي
بالعلاقة الرياضية التالية:
FC = -mv2/r
بحيث يعبر كل رمز منها عن:
نستنتج من العلاقة السابقة:
أمثلة على قوة الطرد المركزي
يوجد أمثلة مختلفة لتطبيقات قوّة الطرد المركزي في الحياة اليومية منها:
الكثير من الأشياء التي نقوم بها خلال حياتنا اليومية تعود لأسبابٍ فيزيائيةٍ بحتةٍ دون أن نعير ذلك أي اهتمامٍ فعلى سبيل المثال الميلان الذي نشعر به عن انعطاف السيارة أو عند ركوب الأطفال في الأرجوحة الدورانية في مدن الألعاب هل فكرنا يومًا ما هو السبب الذي يقف خلف ذلك؟ كل هذه الأشياء تحدث بسبب قوة تسمى قوة الطرد المركزي فما هي قوة الطرد المركزي؟ وكيف يتم حسابها؟ سنتعرف على كل ذلك من خلال المقال التالي.
قوة الطرد المركزي
الكثير من الأحيان يتم الخلط بين مفهوم قوّة الطرد المركزي ومفهوم قوة الجذب المركزي بسبب ارتباطهم الوثيق ببعض حيث يعتبران وجهان لعملةٍ واحدةٍ، تُعرَّف قوة الطرد المركزي بأنها قوةٌ حقيقيةٌ فعليةٌ تؤثر على الجسم للحفاظ على حركته ضمن مسارٍ دائريٍّ بحيث يتم جذبه نحو الداخل أي نحو مركز الدوران، بينما تُعرَّف قوّة الطرد المركزي بأنها هي قوةٌ ظاهريةٌ وهميةٌ غير حقيقيةٍ تؤثر على الجسم عندما يتحرك وفق مسارٍ دائريٍّ مما يؤدي إلى دفعه نحو الخارج مبتعداً عن مركز الدوران.
على سبيل المثال عندما تدور كتلةٌ على سلسلةٍ فإن السلسلة تؤثر على الجسم بقوة جذب مركزية داخلية بينما يبدو أن الكتلة تطبق قوة طرد مركزي خارجية على السلسلة.
يقول عالم الفيزياء البحثي بجامعة واشنطن أندرو جانسي أن "الفرق بين قوة الجذب المركزي وقوة الطرد المركزي يتعلق بأطر مرجعيةٍ مختلفةٍ أي يختلف باختلاف وجهات النظر التي نقيس منها الشيء"، كما يقول إن "قوة الجذب المركزي وقوّة الطرد المركزي هما في الحقيقة قوتين متماثلتين في القيمة لكن في اتجاهين متعاكسين لأنهما مرتبطان بأطرٍ مرجعيةٍ مختلفةٍ".
على سبيل المثال إذا كنا نراقب نظام دوّار من الخارج سنلاحظ أن قوة الجذب المركزي تعمل على تقييد الجسم الدوار وفق مسارٍ دائريٍّ، لكن لو كنا جزء من نظام الدوران هذا سنلاحظ وجود قوة تدفعنا بعيداً عن مركز الدوران هذه القوة هي قوة الطرد المركزي بالإضافة إلى شعورنا بقوة الجذب الداخلية التي تمنعنا من الانطلاق خارج النظام.
حساب قوّة الطرد المركزي
تعطى الصيغة العامة لقوة الطرد المركزي
بالعلاقة الرياضية التالية:
FC = -mv2/r
بحيث يعبر كل رمز منها عن:
- Fc: هي قوة الطرد المركزي وتقاس بالنيوتن.
- m: هي كتلة الجسم وتقاس بالكيلو غرام.
- V: هي سرعة الجسم وتقاس بالمتر في الثانية.
- r: هي نصف القطر وهي مسافة الجسم عن المركز وتقاس بالمتر.
نستنتج من العلاقة السابقة:
- يمكن زيادة قوّة الطرد المركزي عن طريق زيادة إما سرعة الدوران أو كتلة الجسم أو عن طريق تقليل نصف القطر حيث ترتبط زيادة الكتلة مع زيادة قوّة الطرد المركزي بشكلٍ مباشرٍ أما تقليل نصف القطر يرتبط بشكلٍ عكسيٍّ مع زيادة القوة.
- زيادة سرعة الدوران تزيد القوة بما يتناسب مع مربع السرعة، أي أن زيادة السرعة 10 مرات تؤدي إلى زيادة قوّة الطرد المركزي بمقدار 100 مرة.
أمثلة على قوة الطرد المركزي
يوجد أمثلة مختلفة لتطبيقات قوّة الطرد المركزي في الحياة اليومية منها:
- عند وضع جسمٌ ما على قرص وتدوير القرص سيعمل الاحتكاك في البداية على الاحتفاظ بالجسم على سطح القرص لكن عند زيادة سرعة الدوران ستصبح قوة الطرد أكبر من قوة الاحتكاك التي تحتفظ بالقرص بالتالي سوف يطير الجسم في خطٍ مستقيمٍ.
- ركوب السفينة الدوارة في مدن الألعاب مثال آخر على قوّة الطرد المركزي فعندما تتجاوز السفينة الدوارة الجزء العلوي المنحني من المسارات يشعر الراكب أن قوّة الطرد المركزي تسحبه إلى الأعلى، وبالمثل في الجزء السفلي المنحني من المسارات يشعر أن القوة تدفعه نحو الأسفل.
- يوجد خدعةٌ بسيطةٌ يمكن تنفيذها عبر قوّة الطرد المركزي بحيث نأخذ سطل نصف مملوء بالماء ونقوم بتدويره بشكل دائرةٍ نحو الأعلى والأسفل باستخدام حبل، نلاحظ أن الماء يبقى في داخله حتى عندما يكون فوقنا تمامًا كل ذلك بسبب قوّة الطرد المركزي.
- تجفيف الملابس في الغسالة يتم باستخدام حوضٍ أسطوانيٍّ الشكل بجدرانٍ مثقبةٍ عندما يدور الحوض بسرعةٍ تعمل قوة الطرد المركزي بإخراج الماء عبر الثقوب وبالتالي تجفيف الأقمشة المبللة بسرعة.
- يعمل جهاز الطرد المركزي الذي يستخدم لفحص مكونات الدم على مبدأ قوّة الطرد المركزي حيث يتم وضع الدم في أنبوب اختبار وتدويره بسرعة فتتجه الجزيئات الثقيلة نحو الخارج مبتعدة عن مركز الدوران وتتراكم في قاع الأنبوب أما الجزيئات الأخف تبقى في الوسط.