Τι είναι η κεντρική δύναμη;

Μια κεντρική δύναμη είναι μια δύναμη με κατεύθυνση και μέγεθος που εξαρτάται μόνο από το κέντρο ενός αντικειμένου και την απόσταση από το κέντρο του σε ένα άλλο σημείο.Η κατεύθυνση μιας κεντρικής δύναμης πράξεις πρέπει να είναι κατά μήκος της γραμμής που ενώνει το κέντρο του αντικειμένου προς το άλλο σημείο, ενώ το μέγεθος της δύναμης εξαρτάται μόνο από την απόσταση ή την ακτίνα μεταξύ των δύο.Παραδείγματα κεντρικών δυνάμεων βρίσκονται στη βαρυτική δύναμη, στην ηλεκτροστατική δύναμη και στη δύναμη από ένα ελατήριο.Μόνο δύο τύποι κεντρικών δυνάμεων μπορούν να οδηγήσουν σε τροχιακή κίνηση: βαρυτική δύναμη και ανάλογη δύναμη.

Ο νόμος της καθολικής βαρύτητας του Νεύτωνα δηλώνει ότι η βαρυτική δύναμη μεταξύ δύο αντικειμένων κατευθύνεται πάντοτε προς το ένα το άλλο.Επιπλέον, το μέγεθος της δύναμης είναι αντιστρόφως ανάλογο προς το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ των αντικειμένων mdash, με άλλα λόγια, διπλασιάζοντας την απόσταση μεταξύ των αντικειμένων θα οδηγήσει σε μια δύναμη μόνο το ένα τέταρτο τόσο ισχυρό.Όταν ένα αντικείμενο είναι πολύ πιο τεράστιο από το άλλο, η ρύθμιση πληροί τα κριτήρια της κεντρικής δύναμης.

Μια ανάλογη κεντρική δύναμη είναι η ηλεκτροστατική δύναμη μεταξύ σωματιδίων με ηλεκτρικό φορτίο.Όπως και η βαρυτική δύναμη, η ηλεκτροστατική δύναμη είναι αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ δύο σωματιδίων.Σε αντίθεση με τη βαρύτητα, ωστόσο, οι ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις είναι ανάλογες με το προϊόν των φορτίων τους και όχι των μαζών τους.Τείνουν επίσης να κυριαρχούν σε πολύ μικρές κλίμακες.Η δύναμη που παράγεται από ένα ελατήριο είναι ανάλογη προς την απόσταση που το ελατήριο τεντώνεται από το μήκος ισορροπίας του.Το τεντώνοντας ένα ελατήριο διπλάσιο από την απόσταση από το μήκος ισορροπίας του θα οδηγήσει σε μια ελκυστική δύναμη δύο φορές πιο δυνατή.Αυτό το είδος συμπεριφοράς είναι γνωστό ως νόμος του Hooke και φαίνεται όχι μόνο στις πηγές, αλλά σε οποιοδήποτε γραμμικά ελαστικό υλικό mdash, συμπεριλαμβανομένων των περισσότερων στερεών μετάλλων.Όταν ένα ελατήριο ή κατάλληλο υλικό είναι αγκυροβολημένο σε ένα κέντρο, μπορεί επίσης να πληροί τα κριτήρια μιας κεντρικής δύναμης. Αν και η αύξηση της απόστασης μεταξύ αντικειμένων ή σωματιδίων έχει πολύ διαφορετική επίδραση στα συστήματα που διέπουν ο νόμος της αντίστροφης τετραγωνικής έναντι του νόμου του Hooke, και οι δύο κεντρικές δυνάμεις θα παράγουν κλειστή τροχιακή κίνηση.Οι πλανήτες περιστρέφουν τον ήλιο λόγω της βαρύτητας, μια κεντρική δύναμη που υπόκειται στον αντίστροφο τετράγωνο νόμο.Παρομοίως, τα φορτισμένα σωματίδια μπορούν να περιστρέφονται σε ένα αντίθετα φορτισμένο κέντρο λόγω της ηλεκτροστατικής δύναμης.Ένα κάπως λιγότερο γνωστό γεγονός είναι ότι μια κεντρικά αγκυροβολημένη άνοιξη μπορεί, όταν άλλες δυνάμεις είναι αμελητέες, προκαλούν ένα αντικείμενο να τροχιάσει το κέντρο.Η απλή αρμονική κίνηση είναι ένα τέτοιο παράδειγμα που περιορίζεται να προχωρήσει μόνο μία διάσταση.