atalet kuvveti

Bir eylemsizlik kuvveti veya eylemsizlik veya hayali kuvvet veya sözde kuvvet , kütleler eylemsiz olmayan bir referans çerçevesinden , başka bir deyişle ivmeli harekette bir bakış açısından ( çeviri) gözlemlendiğinde kütlelere etki eden görünür bir kuvvettir. veya rotasyonda ).

Dinamikleri temel denklem ile verilen başlangıç formülasyonunda Newton , sadece geçerli olan eylemsiz bir referans (aynı zamanda Galileli ). Eylemsizlik kuvveti kavramı, bu denklemi eylemsiz olmayan referans çerçevelerine genelleştirmeyi ve dolayısıyla bu referans çerçevelerindeki dinamikleri tanımlamayı mümkün kılar. Eylemsizlik kuvvetlerinin hayali olduğu söylenir, çünkü bunlar nesneler arasındaki etkileşimlerden değil, yalnızca bir referans çerçevesi seçiminin sonucudur. Eylemsizlik kuvvetleri Galilean referans çerçevelerinde mevcut değildir.

Atalet kuvvetleri genellikle iki bileşene ayrılır: itici atalet kuvveti ve Coriolis atalet kuvveti .

Basit örnek

Karşıdaki şekil, düz bir çizgide hızlanan bir araba durumunu göstermektedir. Kaldırımdan gözlem yapan Galileli olduğu varsayılan bir yayanın bakış açısını bir sürücünün bakış açısıyla karşılaştırabiliriz:

Yaya açısından (yukarıdaki şekil), tekerleklerin zemindeki statik sürtünmesi araç ivmesini a yazdırır . Söz konusu güç eşittir $( m + M ) bir$ yerde, M ve m, araç ve sürücünün ilgili kütleleridir.
Ortadaki şekil aynı bakış açısını temsil eder, ancak araba, koltuk (ihmal edilebilir kütleye sahip olduğu varsayılır) ve sürücü ayrı ayrı düşünüldüğünde. İkinci bir kuvvet ile hızlandırılır $m bir$ araç bir kuvvet almaktadır ise, koltuk gelen $( m + M ) bir$ karayolunda ve $- m bir$ koltuk.
Alttaki şekil, iletkenin Galile olmayan bakış açısını temsil eder. Bu kişi onu geriye iten $bir$ atalet kuvveti $- m$ a'nın yanı sıra, onu geride tutan oturduğu yerin $+ m a$ tepkisini hisseder . Sonuç sıfırdır ve sürücü kendi referans çerçevesinde hareketsizdir. Araba eylemsizlik kuvveti $- M a$ , koltuğun hareketi $- m a$ ve yolun hareketi $( m + M ) a$ : bileşke hala sıfırdır ve hareketsiz kalır.

Her iki durumda da yol/araba, araba/koltuk ve koltuk/sürücü etkileşim kuvvetleri aynıdır: bunlar referans çerçevesinden bağımsız “gerçek” kuvvetlerdir. Burada atalet kuvvetlerinin, sürücüyü ve arabasını kendi referans çerçevesinde hareketsiz tutmak için bu kuvvetleri dengelemek için kullanıldığı not edilebilir.

Basit tanım

Çoğu sözlük için eylemsizlik kuvveti, cisimlerin harekete karşı direnci, kütleleriyle orantılı dirençtir.

Resmileştirme

(R) 0 merkezli bir Galile referans çerçevesi ve (R ') A merkezli, (R) etrafındaki (anlık) dönüşü vektör tarafından verilen Galile olmayan bir referans çerçevesi olsun . M, bileşke kuvvetlere maruz kalan m kütleli hareketli bir nokta olsun . (R ') cinsinden M'nin bağıl hızı olsun . ${\ vec {\ Omega}} _ {{({\ matematik {R '/ R}})}}$ ${\ vec {\ matematik {F}}}$ ${\ vec {v}} _ {{\ matematik {r}}} = {\ vec {v}} ({\ matematik {M}}) _ {{({\ matematik {R '}})}}$

Daha sonra, kanununa göre hareketlerinin bileşim olduğuna işaret ederek, (R) 'de, yükteki, (R '), göreceli ivme eğitim hızlanma ve son olarak Coriolis hızlanma elde ederiz: ${\ vec {a}} _ {{\ matematik {a}}}$ ${\ vec {a}} _ {{\ matematik {r}}}$ ${\ vec {a}} _ {{\ matematik {e}}}$ ${\ vec {a}} _ {{\ matematik {c}}}$

${\ vec {a}} _ {{\ matematik {a}}} = {\ vec {a}} _ {{\ matematik {r}}} + {\ vec {a}} _ {{\ matematik {e }}} + {\ vec {a}} _ {{\ matematik {c}}}$

Bununla birlikte, dinamiğin temel ilkesine göre , elimizde: $m \ {\ vec {a}} _ {{\ matematik {a}}} = {\ vec {{\ matematik {F}}}}$

Dolayısıyla, (R '): $m {\ vec {a}} _ {{\ matematik {r}}} = {\ vec {{\ matematik {F}}}} - m {\ vec {a}} _ {{\ matematik {e}} } -m {\ vec {a}} _ {{\ matematik {c}}}$

Tanımlayarak atalet kuvvetleri ve , o zaman referans (R ') olmayan Galileo çerçevede dinamiklerinin temel prensibi yazabilir: ${\ vec {{\ matematik {F}}}} _ {{\ matematik {yani}}} = - m {\ vec {a}} _ {{\ matematik {e}}}$ ${\ vec {{\ matematik {F}}}} _ {{\ matematik {ic}}} = - m {\ vec {a}} _ {{\ matematik {c}}}$

m {\ vec {a}} _ {{\ matematik {r}}} = {\ vec {{\ matematik {F}}}} + {\ vec {{\ matematik {F}}}} _ {{\ matematik {yani}}} + {\ vec {{\ matematik {F}}}} _ {{\ matematik {ic}}}

Kuvvet , eğitim atalet kuvveti olarak adlandırılır ve genişletilmiş ifadesi şöyledir: ${\ vec {{\ matematik {F}}}} _ {{\ matematik {yani}}}$

{\ vec {{\ matrm {F}}}} _ {{\ matrm {ie}}} = - m {\ vec {a}} _ {{\ matrm {e}}} = - m \ sol [{ \ vec {a}} ({\ matematik {A}}) _ {{({\ matematik {R}})}} + \ sol ({\ frac {{\ matematik {d}} {\ vec {\ Omega }} _ {{({\ matematik {R '/ R}})}}} {{\ matematik {d}} t}} \ sağ) _ {{({\ matematik {R}})}} \ kama \ overrightarrow {{\ mathrm {AM}}} + {\ vec {\ Omega}} _ {{({\ mathrm {R '/ R}})}} \ kama ({\ vec {\ Omega}} _ { {({\ mathrm {R '/ R}})}} \ kama \ overrightarrow {{\ mathrm {AM}}}) \ sağ]

Önceki ifadede:

terim olan Euler kuvvet , ${\ displaystyle -m \ sol [\ sol ({\ frac {\ matematik {d} {\ vec {\ Omega}}) _ {(\ matematik {R '/ R})}} {\ matematik {d} t} } \ sağ) _ {(\ mathrm {R})} \ kama {\ overrightarrow {\ mathrm {AM}}} \ sağ]}$
terimi, bir santrifüj (veya axifugal) kuvveti. ${\ displaystyle -m \ sol [{\ vec {\ Omega}} _ {(\ matematik {R '/ R})} \ kama ({\ vec {\ Omega}} _ {(\ matematik {R' / R) })} \ kama {\ overrightarrow {\ matematik {AM}}}) \ sağ]}$

Kuvvet Coriolis atalet kuvveti olarak adlandırılır ve genişletilmiş ifadesi şöyledir: ${\ vec {{\ matematik {F}}}} _ {{\ matematik {ic}}}$

{\ vec {{\ matematik {F}}}} _ {{\ matematik {ic}}} = - m {\ vec {a}} _ {{\ matematik {c}}} = - m2 {\ vec { \ Omega}} _ {{({\ matematik {R '/ R}})}} \ kama {\ vec {v}} _ {{\ matematik {r}}}

Bazı basit uygulama durumları

Bir Galile deposunda sabit ivmeli depo

(R ')'nin (R)'de sabit ivmeye maruz kaldığını varsayalım . (R '), bu nedenle (R)'de düzgün bir şekilde hızlandırılan doğrusal bir hareketle canlandırılır. ${\ vec {a}}$

(R ')'de, o zaman basitçe değer olan eğitimin atalet kuvvetini eklemek gerekir : ${\ vec {{\ matematik {F}}}} _ {{\ matematik {yani}}}$ ${\ vec {{\ matematik {F}}}} _ {{\ matematik {ie}}} = - m {\ vec {a}}$

Örneğin, düz bir çizgide giden bir arabada olan budur: atalet kuvveti arabanın ivmesine karşı koyar.

Tek tip rotasyonda depo

Açısal hızda atlıkarınca dönüşünde, A ile belirtilen dönme merkezinden uzaklaşma eğilimindeyiz; bu, daha sonra değer olan itici atalet kuvvetinden kaynaklanmaktadır: $\Omega$

{\ vec {{\ mathrm {F}}}} _ {{\ mathrm {ie}}} = m \ Omega ^ {2} \ overrightarrow {{\ matrm {AM}}}

Bu kuvvet, bir nesneyi dönme ekseninden uzaklaştırma eğiliminde olduğu için merkezkaç (veya eksenel) kuvvet olarak da adlandırılır .

Bu güçler neden bazen hayali olarak görülüyor?

Newton mekaniğine ilk yaklaşımda , kuvvet kelimesini aşağıdaki gibi tanımlayabiliriz . Bir güç :

bir etkileşimin, yani bir nesnenin diğeri üzerindeki etkisinin modellenmesidir; özellikle temas etkileşimleri ( basınç , sürtünme , bağlanmadaki etkileşim ) veya uzaktan ( yerçekimi kuvveti , elektrostatik kuvvet , elektromanyetik kuvvet ) söz konusudur .
karşılıklı eylemler ilkesine saygı duyar ( Newton'un üçüncü yasası ).

Bir eylemsizlik kuvveti bu koşullardan herhangi birini karşılamadığından, bazen kukla kuvvetler veya sahte kuvvetler olarak görülebilirler . Bununla birlikte, aşağıdakilere dikkat edin

Elektromanyetik etkileşimler, kişi artık statik çerçeve içine girmez, karşılıklı eylemler ilkesine saygı duymaz.
yerçekimi kuvveti eylemsizlik kuvvetleriyle aynı niteliktedir. Bu nedenle, bir nesnenin ağırlığında, yerçekiminden kaynaklanan bileşeni (gerçek bir kuvvet olarak kabul edilir) ve Dünya'nın dönüşünden kaynaklanan bileşeni (hayali bir kuvvet olarak kabul edilir) deneysel olarak ayırt etmek mümkün değildir.

Bazı yazarlar , diğerlerinin sırasıyla merkezkaç kuvveti , atalet kuvveti ve Coriolis kuvveti dediği şeyin nedenlerini belirtmek için merkezkaç ivmesi , atalet ivmesi ve Coriolis etkisi terimlerini kullanma eğilimindedir .

Eylemsizlik kuvveti olarak yerçekimi

Atalet kuvveti kavramı, genel görelilikte ortaya çıkar. Eylemsizlik kuvvetleri, her zaman üzerine etki ettikleri nesnenin kütlesi ile orantılıdır, bu da yerçekimi durumudur . Bu, Albert Einstein'ın yerçekiminin de bir eylemsizlik kuvveti olup olmadığını merak etmesine neden oldu. Kapalı bir odada serbest düşüşte olan bir gözlemcinin yerçekimini hissetmediğini ve kendisinin eylemsiz bir referans çerçevesine inanabileceğini fark eder (eşdeğerlik ilkesi budur ). Bu, Einstein'ı , uzay-zamanın eğriliğinden dolayı yerçekiminin sahte bir kuvvet olduğu bir teori formüle etmeye yöneltti . Bu fikir genel göreliliğin temelidir.

Notlar ve referanslar

Fizik sözlüğü . Richard Taillet, Loic Kötü Adam, Pascal Febvre. 2 nd edition. De Boeck, 2009, sayfa 235.
Lev Landau ve Evgueni Lifchits , Teorik Fizik , t. 1: Mekanik [ baskıların ayrıntıları ], sayfa 192.
" modelize koriyolis " , üzerinde http://planet-terre.ens-lyon.fr
" atmosfer-cell-coriolis " , http: //www.emse.fr'de ( 29 // 2014'te danışıldı )
(inç) Fritz Rohrlich, Klasik yüklü parçacıklar , Singapur, World Scientific,2007, 305 s. ( ISBN 978-981-270-004-9 ve 981-270-004-8 , çevrimiçi okuyun ) , s. 40
(içinde) Hans Stephani, Relativite: An Introduction to Special and General Relativite , Cambridge, Birleşik Krallık, Cambridge University Press,2004, 396 s. ( ISBN 0-521-01069-1 , çevrimiçi okuyun ) , s. 105

(fr) Bu makale kısmen veya tamamen alınır İngilizce Vikipedi başlıklı makalesinde " Hayali kuvvet " ( yazarların listesini görmek ) .

Şuna da bakın: