Hvad er en central styrke?
En central styrke er en kraft med en retning og størrelse, der kun afhænger af et objektercenter og afstanden fra dets centrum til et andet punkt.Retningen, som en central styrke fungerer, skal være langs linjen, der forbinder objekterscentret til det andet punkt, mens kræfterne kun afhænger af afstanden eller radius mellem de to.Eksempler på centrale kræfter findes i gravitationskraften, den elektrostatiske kraft og kraften fra en fjeder.Kun to typer centrale kræfter kan resultere i orbitalbevægelse: gravitationskraft og analog kraft.
Newtons Law of Universal Gravitation siger, at gravitationskraft mellem to genstande altid er rettet mod hinanden.Endvidere er styrken af styrken omvendt proportional med kvadratet på afstanden mellem objekterne og mdash; med andre ord vil fordobling af afstanden mellem objekterne resultere i en kraft, der kun er en fjerde som stærk.Når det ene objekt er meget mere massivt end det andet, opfylder arrangementet kriterierne for central styrke.
En analog central kraft er den elektrostatiske kraft mellem partikler med en elektrisk ladning.Ligesom tyngdekraften er den elektrostatiske kraft omvendt proportional med kvadratet på afstanden mellem to partikler.I modsætning til tyngdekraften er elektrostatiske interaktioner imidlertid proportional med produktet af deres ladninger snarere end deres masser.De har også en tendens til at dominere på meget små skalaer.Men matematisk set følger størrelsen af tyngdekraften og den elektrostatiske kraft begge inverse-kvadratloven .
En anden slags central kraft kan være resultatet af interaktionen af en fjeder med et objekt.Kraften produceret af en fjeder er proportional med den afstand, fjederen strækkes fra dens ligevægtslængde.Strækning af en fjeder to gange afstanden fra dens ligevægtslængde vil resultere i en attraktiv kraft dobbelt så stærk.Denne form for opførsel er kendt som Hookes lov og ses ikke kun i fjedre, men i ethvert lineært elastisk materiale mdash; inklusive de fleste solide metaller.Når et fjeder eller et passende materiale er forankret i et center, kan det også opfylde kriterierne for en central kraft.
Selvom at øge afstanden mellem genstande eller partikler har en meget anden effekt i systemer, der er styret af den omvendte kvadratlov kontra Hookes lov, vil begge disse centrale kræfter give lukket orbital bevægelse.Planeter kredser om solen på grund af tyngdekraften, en central styrke, der er underlagt den omvendte kvadratlov.Tilsvarende kan ladede partikler kredse et modsat ladet center på grund af den elektrostatiske kraft.En noget mindre kendt kendsgerning er, at en centralt forankret forår kan, når andre kræfter er ubetydelige, får et objekt til at kredse i midten.Enkel harmonisk bevægelse er et sådant eksempel, der er begrænset til kun at bevæge sig langs en dimension.