Jak fiktivní jsou fiktivní síly?

Ne, nejde o skutečné síly.

Cituji z mé odpovědi zde

Kdykoli zobrazíme systém zrychleného rámce, existuje “ psuedoforce “ nebo “ falešná síla “ která vypadá působí na těla. Všimněte si, že tato síla není ve skutečnosti silou, spíše něčím, o čem se zdá , že působí. Matematický trik, pokud chcete.

Pojďme si vzít jednoduchý případ. Zrychlujete s $ \ vec {a} $ ve vesmíru , a vidíte, jak se kolem vznáší malá koule. Toto je v dokonalém vakuu, bez elektrických / magnetických / gravitačních / atd. polí. Míč se tedy nezrychluje.

Ale z vašeho pohledu , míč zrychluje s akcelerací $ – \ vec {a} $ , zpětně k vám. Nyní víte, že v prostoru nejsou žádná pole, přesto vidíte částice se zrychluje. Z toho můžete odvodit, že zrychlujete, nebo se můžete rozhodnout, že existuje nějaká neznámá síla, $ – m \ vec {a} $ , působící na míč. Tato síla je silou síly. Matematicky nám umožňuje dívat se na svět z pohledu zrychleného snímku a odvodit pohybové rovnice se všemi hodnotami vztaženými k tomuto rámci. Mnohokrát řešíme věci z pozemní rám dostat icky, takže používáme tento. Dovolte mi však ještě jednou zdůraznit, že to není skutečná síla .

A zde :

Odstředivá síla je v podstatě psuedoforce působící v rotujícím rámu. V zásadě má rámec procházející UCM zrychlení $ \ frac {mv ^ 2} {r} $ směrem do středu. Takže pozorovatel v tomto rotujícím rámci pocítí psuedoforce $ \ frac {mv ^ 2} {r} $ směrem ven. Tato psuedoforce je známá jako odstředivá síla.

Na rozdíl od dostředivé síly není odstředivá síla skutečná. Představte si, jak se kolem krouží míč.Má CPF $ = \ frac {mv ^ 2} {r} $ a tato síla je napětí v řetězci. Pokud však přejdete na rám koulí (stanete se maličkými a postavíte se na ně), bude se vám zdát, že míč stojí (jak na něm stojíte. Zbytek světa se bude otáčet). Ale všimnete si něčeho trochu mimo: Míč na něj stále působí tahovou silou, tak jak je stabilní? Toto vyvážení sil přisuzujete záhadné “ odstředivé síle „. Pokud máte hmotu, cítíte také CFF (ze země je zřejmé, že to, co cítíte jako CFF, je kvůli vaší setrvačnosti)

Co se skutečně stane, když “ cítíte “ psuedoforces, je následující. Vezmu si příklad točení na kolečkovém hřišti.

Z pozemního rámu má vaše tělo setrvačnost a nechtělo by zrychlovat (kruhový pohyb je zrychlení jako směr změn rychlosti).

Ale vy se držíte točící se věci, takže jste nuceni zrychlit. Existuje tedy čistá vnitřní síla – dostředivá síla – pravá síla, protože se “ drží „. V tomto rámci se však nepohybujete vpřed. Takže vaše tělo má pocit, jako by existovala vyrovnávací síla vzad. A cítíte, jak na vás působí tato síla. Skutečně jedná vaše “ setrvačnost „, která jedná.

Ano, věžička kola jsou ovlivněna. Opět je to kvůli setrvačnosti ze správné perspektivy, psuedofoces jsou jen způsob, jak snadno vysvětlit setrvačnost.

Nezapomeňte, Newtonova definice síly je platná pouze v setrvačném rámci v první místo. Psuedoforces činí Newtonovy zákony platné v neinerciálních rámcích.

Komentáře

• Věřím, že rozumím používání psuedo síly nyní. Jsou povinni zohlednit účinky zrychlení na rámec, ze kterého pozorujeme, aby bylo možné efektivně použít Newtonovy ‚ s zákony. Má velikost zrychlení ovlivnit jejich použití? Na Zemi si neuvědomujeme skutečnost, že jsme v neinerciálním rámci, protože zrychlení, která zažíváme, jsou tak malá. Co kdyby se Země točila mnohem rychleji a my jsme mohli fyzicky cítit tuto odstředivou sílu? Co když se Země točí tak rychle, že tření již nedokáže udržet naši ‚ stacionární ‚ pozici?
• @ Ben jo. Psuedoforces se rovnají hmotnosti dotyčného těla krát zrychlení rámu, v opačném směru. A ano, Země by byla zvláštní místo.
• Dobře, pak ať

Odstředivé a Coriolisovy síly jsou skutečně tzv. pseudo síly které zohledňují rozdíly ve pozorovaném chování ve vztahu k setrvačnému rámci.

Takže pokud vidíte objekt stojící na povrchu Země, můžete být ujistěte se, že statické tření ji udržuje v klidu relativní k povrchu Země.

Skvělým příkladem účinku pseudosílí je tzv. Foucaltovo kyvadlo .Protože pro kyvadlo neexistuje statické tření, rotuje se rovina oscilace kyvadla. Foucaltovo kyvadlo je také důkazem toho, že Země není setrvačným referenčním rámcem.

Problém pozorování pseudosílí je v skutečnost, že jsou ve srovnání s gravitací velmi malé. Dostředivé zrychlení v důsledku rotace Země kolem své osy je řádově $ 10 ^ {- 2} $ m / s $ ^ 2 $ (v závislosti na poloze), zatímco dostředivé zrychlení v důsledku rotace Země kolem Slunce je $ 6 \ krát 10 ^ {- 3} $ m / s $ ^ 2 $. Takže máte efekt při otáčení věže, ale pochybuji, že byste to dokázali změřit.

Takže co dělá síly pseudo? Možná jste slyšeli, že Newtonovy zákony platí pouze v inerciálním referenčním rámci. Pokud sledujete pohyb věže zvenčí Země (inerciální referenční rámec), můžete pozorovat, že věž provádí složité pohyby a neustále zrychlení. Gravitační a třecí síly působící na věž jsou odpovědné za tyto pohyby.

Pokud však stojíte na Zemi, zdá se vám, že věž je v klidu. Ale gravitační a třecí síly na ni stále působí , takže se to nesčítá. Součet sil odlišných od nuly a věže v klidu porušuje zákon 2. Newtona! 2. Newtonův zákon již není platný, protože již nejste v inerciálním referenčním rámci.

Chcete-li „opravit“ 2. Newtonův zákon v neinerciálních referenčních rámcích, zavedete pseudo síly . Po zavedení pseudo sil platí 2. Newtonův zákon i , pokud již nejste v setrvačném rámci Tyto síly můžete cítit pouze proto, že vaše intuice vyžaduje další síly, aby vysvětlila vaše pozorování.

Komentáře

• Pak jsou tyto síly ve skutečnosti velmi reálné? Všichni je neustále zažíváme, přesto jsou tak malé, že je prakticky nemožné je zjistit bez přesného měřicího zařízení? Je ‚ fiktivní síla ‚ proto zavádějící termín nebo má nějaké jiné důsledky?
• Do své odpovědi přidám nějaký text, abych se zúčastnil vašich dalších otázka.
• +1 pro exp zdůraznění aspektu tření / atd. je jasnější než já 🙂
• @NickKidman: Mohl byste to objasnit? (pro jednoho jste ‚ t logicky definovali $ f $). A $ \ vec F \ neq \ frac {\ mathrm d \ vec p} {\ mathrm dt} $ v neinerciálním rámci, takže Newtonovy ‚ s zákony jsou tam evidentně neplatné .
• (upraveno) Chci jen poukázat na to, že zákony “ Newton ‚ jsou platné pouze inerciálně referenční rámec “ je běžné zneužívání jazyka (vždy mě to buguje, když to čtu, promiň). Druhý zákon říká “ V inerciálním rámci: F = ma „, axiom, jehož validace ne ‚ Nezáleží na referenčním rámci, se kterým ‚ pracujete. Logicky řečeno, pokud $ f $ znamená “ Nyní pracujeme v interním rámci “ a zákonem je $ ( f → “ F = ma „) $ pak $ ((f → “ F = ma „) ∧ (¬ f) → ¬ “ F = ma „) $ není nepravdivé, ale ‚ říkáte $ (¬ f → ¬ (f → “ F = ma “ )) $, které není zdravé (může to být pravda, pouze pokud nikdy $ f $). Je to proto, že $ “ F = ma “ $ není sám zákon.

V klasické mechanice má smysl rozlišovat mezi fiktivními silami způsobenými zrychlujícími se souřadnicovými systémy a „skutečnými“ silami v setrvačných rámcích, ale již tomu tak není obecně relativita.

Obecně relativita, s výjimkou jednoduchých případů, obecně nemá žádné preferované globální referenční rámce a gravitace se v určitém smyslu stává nerozeznatelnou od newtonovské koncepce pseudoforce.

Můžete si vybrat, zda to znamená, že gravitace je méně reálná, nebo pseudo síly jsou reálnější, ale není to otázka fyziky, o kterou byste se měli starat.

Umístěte stacionární objekt na kousek milimetrového papíru a časem ho zrychlete, jak chcete, a přitom zaznamenávejte polohu objektu na grafu papír a udržování objektu ve stacionárním vztahu k vám:

Otázka: Viděli jste objekt zrychlovat, když jste pohybovali milimetrovým papírem?

Odpověď: Ne, takže neexistuje žádná fyzická síla na to.

Otázka: Jaká je trajektorie objektu na milimetrovém papíru a váš závěr?

Odpověď: Trajektorie je křivka, a proto se v souřadném systému grafického papíru zrychlovala. Můžeme to modelovat jako nefyzickou sílu působící na objekt v tomto souřadném systému. Tato fiktivní síla bude záviset na tom, jak tento souřadný systém zrychluje, když se pohybuje konstantní rychlostí.

Komentáře

• Proč je trajektorie křivkou? Možná jsem milimetrový papír na krátký okamžik zrychlil pouze jedním směrem.
• @ben, křivka je zevšeobecněním a čára je zvláštním případem křivky. I ‚ si jistý, že dostanete obecnou představu;)
• Tento příklad se ‚ nezdá analogický jako příklad v mé otázce. V mém příkladu statické tření udržuje vozidlo stojící v rámu ‚ na Zemi, zatímco ve vašem naznačujete, že je statické tření překonáno a objekt sklouzne? Můžete příklad přeformulovat?