ما هي القوة الطاردة المركزية؟
القوة الطاردة المركزية هي القوة الظاهرية المتجهة إلى الخارج التي يشعر بها جسم يتحرك في مسار دائري. ففي إطار مرجعي دوّار، يبدو أن الكتلة \(m\) التي تتحرك بسرعة مماسية \(v\) حول دائرة نصف قطرها \(r\) تُدفع بعيدًا عن المركز. وهي تساوي في مقدارها القوة المركزية التي تُبقي الجسم في حركته الدائرية، لكنها معاكسة لها في الاتجاه أي تتجه نحو الخارج. تعمل هذه الحاسبة وفق نظام الوحدات الدولي المتسق (الكيلوغرام والمتر والثانية) وتصلح لجميع مسائل الفيزياء والهندسة في أي مكان.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخِل كتلة الجسم بالكيلوغرام، وسرعته المماسية بالمتر في الثانية، ونصف قطر المسار الدائري بالمتر. تعرض الأداة القوة الطاردة المركزية بوحدة النيوتن، إضافةً إلى السرعة الزاوية (\(\omega = v/r\)) والتسارع المركزي (\(a = v^{2}/r\)) لمزيد من الفائدة.
شرح المعادلة
المعادلة الأساسية هي $$F = \frac{m \cdot v^{2}}{r}$$ تزداد القوة طرديًا مع الكتلة، وتربيعيًا مع السرعة (فمضاعفة السرعة تضاعف القوة أربع مرات)، وتقل كلما زاد نصف القطر. وباستخدام السرعة الزاوية \(\omega = v/r\)، يمكن كتابة القوة نفسها بالصيغة $$F = m \cdot \omega^{2} \cdot r$$ أما التسارع المركزي المقابل فهو \(a = v^{2}/r = \omega^{2} \cdot r\).
مثال محلول
جسم كتلته 2 كغ يتحرك بسرعة 5 م/ث على دائرة نصف قطرها 1.5 م. عندئذٍ تكون القوة $$F = \frac{2 \times 5^{2}}{1.5} = \frac{2 \times 25}{1.5} = \frac{50}{1.5} \approx 33.33 \text{ نيوتن}$$ والسرعة الزاوية \(\omega = 5 / 1.5 \approx 3.33\) راديان/ث، والتسارع المركزي \(a = 25 / 1.5 \approx 16.67\) م/ث².
الأسئلة الشائعة
هل القوة الطاردة المركزية قوة "حقيقية"؟ إنها قوة وهمية (قصورية) لا تظهر إلا في إطار مرجعي دوّار. أما من إطار مرجعي عطالي (ثابت)، فإن القوة الحقيقية هي القوة المركزية المتجهة نحو الداخل.
ما الوحدات التي ينبغي استخدامها؟ استخدم وحدات النظام الدولي: الكيلوغرام والمتر والمتر في الثانية للحصول على القوة بوحدة النيوتن.
ماذا يحدث إذا زدتُ نصف القطر؟ عند ثبات السرعة، يؤدي زيادة نصف القطر إلى تقليل القوة لأن المسار ينحني بلطف أكبر.
