ما هي القوة المركزية؟
القوة المركزية هي القوة المحصّلة المتجهة نحو الداخل واللازمة لإبقاء جسم يتحرك على مسار دائري. فلولاها لانطلق الجسم في خط مستقيم وفقًا لقانون نيوتن الأول. وهي تتجه دائمًا نحو مركز الدائرة، وتعتمد على كتلة الجسم وسرعته ونصف قطر المنحنى. وهذه الحاسبة أداة فيزيائية عامة تصلح مع أي مدخلات متوافقة بوحدات النظام الدولي (SI).
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل كتلة الجسم بالكيلوغرام، وسرعته المماسية بالمتر في الثانية، ونصف قطر المسار الدائري بالأمتار. تعرض لك الحاسبة القوة المركزية بوحدة النيوتن (N) إلى جانب التسارع المركزي بالمتر في الثانية المربعة (م/ث²).
شرح المعادلة
تُعطى القوة المركزية بالعلاقة $$F = \frac{m \cdot v^{2}}{r}$$ حيث m هي الكتلة، وv هي السرعة، وr هو نصف القطر. وبما أن السرعة مرفوعة إلى التربيع، فإن مضاعفة السرعة تجعل القوة المطلوبة تتضاعف أربع مرات. كما أن المنحنى الأضيق (نصف قطر أصغر) يستلزم قوة أكبر. أما التسارع المركزي المرتبط بها فهو \(a = \frac{v^{2}}{r}\)، ومن ثَمّ فإن \(F = m \cdot a\)، بما يتوافق مع قانون نيوتن الثاني.
مثال محلول
كرة كتلتها 2 كغ تدور في دائرة نصف قطرها 4 م بسرعة 5 م/ث. عندئذٍ تكون $$F = \frac{2 \times 5^{2}}{4} = \frac{2 \times 25}{4} = \frac{50}{4} = 12.5 \text{ نيوتن}$$ ويكون التسارع المركزي \(a = \frac{25}{4} = 6.25\) م/ث².
الأسئلة الشائعة
هل القوة المركزية نوع جديد من القوى؟ لا. إنها مجرد اسم لأي قوة حقيقية (شدّ، أو جاذبية، أو احتكاك، أو قوة عمودية) تؤثر نحو الداخل للحفاظ على الحركة الدائرية.
ما الفرق بين القوة المركزية والقوة الطاردة المركزية؟ القوة المركزية هي القوة الحقيقية المتجهة نحو الداخل، أما القوة الطاردة المركزية فهي قوة وهمية ظاهرية متجهة نحو الخارج لا نشعر بها إلا داخل إطار مرجعي دوّار.
ما الوحدات التي ينبغي استخدامها؟ استخدم الكيلوغرام، والمتر في الثانية، والمتر للحصول على القوة بوحدة النيوتن (وحدات النظام الدولي).
