Middelpuntvliedende kracht
De uitdrukking middelpuntvliedende kracht of ook centrifugale kracht wordt gebruikt om uit te drukken dat een voorwerp dat bijvoorbeeld aan een touwtje wordt rondgedraaid, aan het touwtje lijkt te trekken. De feitelijke kracht die er speelt is dat degene die het touwtje vasthoudt, aan het trekken is. Een voorwerp dat op snelheid is, zal, als er geen kracht op wordt uitgeoefend, rechtdoor bewegen. Om het voorwerp van die rechte lijn te laten afwijken is een kracht nodig.
Wanneer een steen aan een touwtje wordt rondgedraaid, levert het touwtje die naar het centrum gerichte kracht. Beter gezegd, de spankracht van het touwtje is dan de overbrenger van de centrumgerichte kracht die wordt geleverd door degene die het touw vasthoudt. Aan het andere uiteinde van het touwtje zit de steen, die, omdat hij verder nergens aan vast zit, geen weerstand kan bieden; de richting van zijn beweging wordt afgebogen: naar het midden toe.
Bij een planeet die om een zon draait, speelt hetzelfde. Zonder afbuigende kracht zou de planeet rechtuit gaan. De zwaartekracht van de zon doet de planeet afbuigen. Omdat de planeet veel snelheid heeft in de richting die haaks is op de afbuigende kracht, wordt de afstand tot de zon niet kleiner. De kracht die de cirkelvormige beweging van het object handhaaft, wordt ook wel middelpuntzoekende of centripetale kracht genoemd.
Inhoud |
[bewerk] Berekeningen met de middelpuntvliedende kracht
Berekeningen aan draaiende voorwerpen worden vaak zo opgezet dat er met een term voor een middelpuntvliedende kracht wordt gewerkt.
Bijvoorbeeld, om de trekkrachten die optreden in de roterende bladen van een helikopter te berekenen, is het makkelijker om de rotorbladen in een rekenmodel niet te laten draaien, maar om een kracht te introduceren die wijst in de richting van het uiteinde van het rotorblad. Deze kracht is dan aan het uiteinde van het rotorblad groter dan dicht bij de plaats waar het rotorblad aan de hoofdas is verbonden.
De naar buiten gerichte kracht, die samenhangt met een hoeveelheid massa m op een afstand r van het middelpunt, wordt gegeven door:
wat overéén komt met
(waarbij m staat voor de hoeveelheid massa, v voor de snelheid, r voor de straal, ω = v / r voor de hoeksnelheid, en r voor de vector die van het midden naar het uiteinde van de wiek wijst.
Het "laten stilstaan" van het rotorblad is een denkbeeldige situatie (in werkelijkheid draait het rotorblad) en om uit de berekening toch nog een antwoord te krijgen dat geldig is in de werkelijkheid, wordt precies de daarvoor nodige denkbeeldige kracht geïntroduceerd in de berekening. Dit is de reden dat middelpuntvliedende kracht een denkbeeldige kracht wordt genoemd.
[bewerk] De kracht in het dagelijks leven
Het dagelijks leven laat vele voorbeelden van de werking van middelpuntgerichte kracht zien. Als een auto een bocht maakt, moeten de banden de grip leveren om de auto te doen afwijken van een rechte lijn; hoe scherper de bocht of hoe groter de snelheid, hoe meer grip er nodig is. De stoelen en gordels van de auto moeten tegen de passagiers drukken om de passagiers de door bocht om te doen gaan.
Bij het fietsen gebeurt hetzelfde: de banden van de fiets moeten grip leveren om de fiets met berijder de bocht om te drukken. Het massamiddelpunt van berijder van de fiets is ruim boven het scharnierpunt. Indien de fietser bij het nemen van een bocht rechtop zou blijven fietsen, zou er geen centrumgerichte kracht werken op zijn massamiddelpunt en zou de fiets wél de bocht omgaan, maar de berijder niet. Door te hellen in de bocht zorgt de fietser ervoor dat de grip van de banden op de weg in de gelegenheid is hem de bocht om te drukken. Autowegen met een bocht erin worden scheef gelegd zodat het leveren van de centrumgerichte kracht niet door de grip van de banden alleen geleverd hoeft te worden.
In een huishoudcentrifuge brengt de wand van de trommel de enorme middelpuntgerichte kracht over aan de kleren erin die nodig is om in zo'n snelle en krappe cirkelbeweging te draaien. Als de zijwand van de trommel van de centrifuge dicht zou zijn zou ook het water dat in de kleren zit in de trommel blijven, maar de wanden zijn geperforeerd. Doordat er onvoldoende middelpuntgerichte kracht is om het water in zo'n snelle en kleine cirkelbeweging te duwen wordt het water van de kleren gescheiden en verlaat het de centrifugetrommel. Vanaf het moment dat de waterdruppels loskomen van de trommel vliegen ze in een rechte lijn.
Een bekend strandspel is het ronddraaien van een emmer. Hier blijft het water in de emmer juist in de emmer zitten door de centrifugaalkracht, ook al heeft de emmer vrijwel een horizontale stand.
Voor wie wat meer praktische ervaring met de middelpuntvliedende krachten wil opdoen, is een bezoek aan de pretpark de échte aanrader. Hierbij zijn vooral de achtbanen de "didactisch middelen" bij uitstek.
[bewerk] Inertie
Wanneer een voorwerp volgens een cirkelvorm beweegt merken we dat voorwerpen "traag" of "inert" zijn. Dat betekent niet dat ze niet bewegen, maar dat het moeite kost om ze van snelheid te veranderen..
Een voorwerp dat in een cirkelbaan beweegt verandert ook continu van snelheid. Naar het noorden rijden met 20 km/u is immers een andere snelheid dan naar het noordoosten rijden met 20 km/u...: snelheid is een vector.
Om een bewegend voorwerp een bocht te laten maken moet er een kracht haaks op de bewegingsrichting worden uitgeoefend. De resulterende versnelling in die richting is dezelfde als zou zijn opgetreden als er vanuit stilstand zou zijn geaccelereerd. Net zoals in een optrekkende auto de passagiers zich naar achteren getrokken voelen worden, zo voelen ze zich naar links geduwd op het moment dat de auto een bocht naar rechts maakt.
Je kunt dus zeggen dat 'middelpuntvliedende kracht' niet bestaat: er wordt door trage voorwerpen weerstand geboden aan de middelpuntzoekende kracht. Als we het woord kracht alleen gebruiken voor een "vermogen om versnelling te veroorzaken", of om andere krachten te neutraliseren, dan moeten we middelpuntvliedende kracht anders noemen. Bijvoorbeeld schijnkracht of 'manifestatie van inertie'.
