Уравновешивание двигателей

Страница 1 из 2

К силам, действующим в шатунно-мотылевом механизме двигателя, относятся: давление газов на поршень, вес и силы инерции движущихся масс и силы трения движущихся деталей механизма.

Указанные силы тре­ния, ввиду трудности их учета, включают в состав сил сопротивления греб­ного винта или электрогенератора. Если поршень и ползун совершают воз­вратно-поступательное движение, а мотыль — вращательное движение вок­руг оси коленчатого вала, то шатун совершает сложное движение. Для приближенного определения сил инерции массу шатуна разбивают на две: одну массу, равную G_ш/g  L-l / L ? 0,4 G_ш/g,  относят к массе, совершающей воз­вратно-поступательное движение, а другую часть массы шатуна, равную l/L·G_ш/g ? 0,6 ·G_ш/g, относят к массе, совершающей вращательное движение.

Здесь L — длина шатуна, l  — расстояние центра тяжести шатуна от оси головного подшипника и G_m — вес шатуна.

Таким образом, вес поступательно движущихся частей будет равен

Масса поступательно движущихся частей, отнесенная к 1 см² площади поршня, будет равна

Сила инерции поступательно движущихся частей, отнесенная к 1 см² площади поршня, равна

Первое слагаемое в полученном выражении m·r·?² cos ? за один обо­рот вала достигает наибольшего и наименьшего значения один раз, и назы­вается это слагаемое силой инерции первого порядка. Слагаемые, в которые входят cos 2?, cos 4? и т. д., называются силами инерции второго, четверто­го и следующих порядков, и достигают они наибольшего значения за один оборот вала два, четыре и т. д. раза. При ? =1/4 силы инерции второго по­рядка в четыре раза меньше сил инерции первого порядка и силы четвертого порядка в 256 раз меньше сил инерции первого порядка.

Эксцентрично вращающиеся массы создают центробежные силы инер­ции, величина которой для каждого цилиндра равна

Центробежная сила инерции вращающихся масс каждого цилиндра на­правлена от оси вала по мотылю, и потому она может быть разложена на вертикальную составляющую Р_в, направленную по оси цилиндра, и гори­зонтальную Р_г; Р_в = m_цr?² cos ?; Р_г = m_цr?² sin ?.

Силы инерции шатунно-мотылевого механизма с прицепным шатуном определяются следующим образом.

Масса прицепного шатуна, так же как и главного шатуна, разбивается на две: на массу m_п._ш, сосредоточенную на оси пальца прицепного поршня, и на массу m_в._ш, сосредоточенную на оси пальца, которым прицепной ша­тун сочленяется с главным.

Таким образом, масса каждого прицепного шатуна заменяется двумя следующими массами, отнесенными к 1 см² площади поршня:

Масса главного и прицепного шатунов, поступательно движущаяся вместе с главным поршнем, будет равна

Масса и сила инерции поступательно движущихся частей вместе с глав­ным поршнем, отнесенные к 1 см² его площади:

Масса и центробежная сила инерции эксцентрично вращающихся частей вместе с центром мотылевой шейки, отнесенные к 1 смг площади главного поршня:

Сила инерции поступательно движущихся частей вместе с боковым порш­нем, отнесенная к 1 см² площади его, равна

Силы давления газов на поршень равны по величине, но противополож­ны по направлению силам давления газов на крышку цилиндра, а потому действие их вызывает изгиб рамы и вала двигателя и на судовой фундамент не передается. Одновременно нормальная составляющая сила давления га­зов, перпендикулярная оси цилиндра, создает опрокидывающий момент, численно равный крутящему моменту двигателя, но противоположный по направлению. Опрокидывающий момент не уравновешивается внутри са­мого двигателя, так как он создается крутящим моментом вала двигателя, а передается через остов судовому фундаменту.

Уравновешивается опрокидывающий момент внешним моментом реак­ций судового фундамента. Следовательно, внешнее воздействие силы от дав­ления газов выражается опрокидывающим моментом. Изменение крутящего и опрокидывающего моментов вызывает вибрацию фундамента двигателя, которая в судовых многоцилиндровых двигателях не является существенной.

Таким образом, на судовой фундамент передается, кроме силы веса, действие сил инерции движущихся частей и сил опрокидывающего момента двигателя. Указанные силы инерции, как это видно из их выражений (227, 228), изменяются периодически как по величине, так и по направлению. Силы инерции поступательно движущихся масс каждого цилиндра и вер­тикальная составляющая центробежной силы инерции направлены вдоль оси цилиндра и в зависимости от положения мотыля, т. е. от угла поворота ?, будут иметь направление в сторону крышки цилиндра или от нее. Иными словами, силы инерции, действующие по оси цилиндра, будут периодически прижимать и открывать двигатель от фундамента. Периодическое изменение нагрузки на фундамент вызывает его колебание и соответственно колебание корпуса судна. Моменты сил инерции отдельных цилиндров также изме­няются по величине и по направлению. Если представить себе двигатель подвешенным на нити, закрепленной в центре тяжести двигателя, то силы инерции, возникающие при его работе, будут стремиться переместить центр тяжести как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, а мо­менты этих сил будут вращать двигатель около его центра тяжести.

Если действие моментов рассматривать относительно точки пересече­ния оси вала двигателя с плоскостью симметрии его, то для двигателя с z ци­линдрами будем иметь z моментов от сил первого порядка и столько же мо­ментов от сил второго порядка.

Момент от силы инерции первого порядка какого-либо цилиндра равен

Момент от силы инерции второго порядка

Момент от вертикальной составляющей центробежной силы инерции

и от горизонтальной составляющей

где l — расстояние от оси рассматриваемого цилиндра до плоскости сим­метрии, перпендикулярной оси вала.

Проверка уравновешивания сил инерции и их моментов сводится к на­хождению равнодействующей всех сил инерции, действующих в вертикаль­ной и в горизонтальной плоскостях, а также равнодействующего момента этих сил относительно выбранного центра.

Нахождение равнодействующей силы инерции и моментов может быть выполнено как аналитическим, так и графическим способом.

Силы инерции первого и второго порядков и их моменты уравновеше­ны, если их равнодействующие равны нулю:

Уравнения (230) и (231) определяют условия уравновешенности сил инерции первого и второго порядков поступательно движущихся масс и уравнения (232) и (233) эксцентрично вращающихся масс. Уравнения (234) — (237) определяют условия уравновешенности моментов сил инерции.

Графический способ проверки уравновешенности двигателя основан на том, что силы инерции поступательно движущихся масс можно рассмат­ривать как проекций фиктивных центробежных сил на ось цилиндров.

Действительно, из рассмотрения выражения (230) следует, что мгновен­ное значение силы инерции первого порядка от поступательно движущихся масс любого цилиндра можно рассматривать как проекцию на ось цилиндра фиктивной центробежной силы инерции массы m, вращающейся с угловой скоростью ? и на расстояние r от оси вала.

Силу инерции второго порядка, как это следует из уравнения (231), можно также рассматривать как проекцию на ось цилиндра фиктивной центробежной силы инерции массы m ?, вращающейся на расстоянии от оси вала r с угловой скоростью ?. Векторы фиктивных сил инерции Р_I, Р_II и отдельных цилиндров направлены по соответствующим мотылям и потому могут быть перенесены в плоскость симметрии двигателя. Замыкаю­щий вектор многоугольника сил (векторов), направленных по мотылям соответствующих цилиндров, есть фиктивная неуравновешенная сила инерции. Проекция ее на вертикальную ось будет действительной неуравнове­шенной силой инерции от поступательно движущихся масс. Таким образом, уравновешивание сил инерции поступательно движущихся и вращающихся масс достигается при условии, если многоугольник соответствующих сил будет замкнут, т. е. равнодействующая этих сил инерции равна нулю. При этом векторы многоугольника фиктивных сил инерции второго порядка направлены от оси вала под удвоенным углом 2? соответствующего мотыля с осью того же цилиндра.

На рис. 153 показаны силовые много­угольники векторов Р_I и Р_II шестицилин­дрового двухтактного дизеля. Расположение мотылей показано на рис. 154.

Векторы Р_I = mr?² и Р_II = m_цr?² пред­ставляют стороны многоугольника, которые параллельны соответствующим мотылям.

Оба многоугольника замкнуты, следова­тельно, силы инерции первого порядка и центробежные силы инерции рассматриваемого шестицилиндрового двух­тактного двигателя уравновешены.

Для построения многоугольника сил инерции второго порядка необхо­димо схему действительного расположения мотылей заменить расположе­нием фиктивным, в котором углы между первым мотылем и остальными удвоены.

На рис. 155 показано такое расположение мотылей рассматриваемого двигателя. Проводя векторы Р_II = mr?²? параллельно соответствующим мотылям схемы фиктивного расположения, получим многоугольник векто­ров Р_II. Для двухтактного шестицилиндрового двигателя он замкнул, а потому силы инерции второго порядка взаимно уравновешены.

Силы инерции, как это было отмечено ранее, создают моменты, которые действуют в вертикальной плоскости, проходящей че­рез ось вала. Исключением являются мо­менты горизонтальной составляющей цент­робежной силы инерции, которые распо­лагаются в горизонтальной плоскости. Мо­менты Р_Il и Р_цl каждого цилиндра могут быть изображены векторами, направленными перпендикулярно плоско­сти соответствующих мотылей, так как вектор момента должен быть на­правлен перпендикулярно плоскости действия момента.

Для удобства построения многоугольника моментов векторы их можно повернуть на 90° в сторону, обратную вращению вала, т. е. направить их по направлению соответствующих мотылей. В этом случае суммирование мо­ментов сил сведется к построению многоугольников, стороны которых равны Р_Il_i и Р_цl_i и параллельны мотылям соответствующих цилиндров. Плечо момента l_i равно расстоянию от оси данного цилиндра до плоскости симметрии (см. рис. 154). Условно принимается, что векторы моментов для ко­лен, расположенных слева от плоскости симметрии, должны иметь направ­ления от центра по мотылю, а векторы моментов для колен, расположенных справа от плоскости симметрии, должны иметь направление по мотылю к центру. Замыкающая многоугольника моментов представляет величину результирующего момента М_I или M_ц. Проекция вектора результирующего момента М\ на вертикальную ось дает мгновенное значение действительного неуравновешенного момента от сил инерции первого порядка. Вектор мо­мента М_I вращается вокруг оси вала, и для определения его действитель­ного направления относительно принятого мгновенного расположения моты­лей следует повернуть вектор М_I на 90° в сторону вращения вала.

Проекция вектора момента M_ц на вертикальную ось представляет собой результирующий момент центробежных вертикальных составляющих сил инерции. Указанный момент складывается с действительным неуравно­вешенным моментом сил инерции первого порядка.

На рис. 156 приведены многоугольники моментов P_Il_i и Р_цl_i для шестицилиндрового двухтактного двигателя. Векторы моментов мотылей 4, 5 и 6 направлены к центру вала, а векторы мотылей 1, 2 и 3 направлены от центра вала. Оба многоугольника замкнуты, а потому моменты от сил инерции первого порядка поступательно движущихся масс и моменты от центробежных сил инерции уравновешены.

Предыдущая — Следующая >>

Центробежный насос — Что такое Центробежный насос?

AИ-95

0

AИ-98

0

5 мая 2013 в 19:33

65910

Это насос, в котором движение жидкости и напор создаются за счёт центробежной силы

Центробежный насос- это насос, в котором движение жидкости и необходимый напор создаются за счёт центробежной силы, возникающей при воздействии лопастей рабочего колеса на жидкость.

Внутри корпуса насоса, который обычно имеет спиральную форму, на валу жестко закреплено рабочее колесо.

Колесо состоит из заднего и переднего дисков, между которыми установлены лопасти. 

Они отогнуты от радиального направления в противоположную сторону, направления вращения рабочего колеса. 

С помощью патрубков корпус насоса соединяется с всасывающим и напорным трубопроводами.

Принцип работы.

При вращении рабочего колеса жидкость, которая находится в каналах рабочего колеса между его лопастями, под действием центробежной силы будет отбрасываться от центра колеса к периферии. При этом, в центральной части колеса создастся разрежение, а на периферии повысится давление, в результате чего жидкость из насоса начнёт поступать в напорный трубопровод.

Это образует разрежение, под действием которого жидкость одновременно начнёт поступать в насос из всасывающего трубопровода.

Благодаря тому, что корпус насоса состоит из отдельных секций, имеется возможность, не меняя подачи, менять напор путем установки нужного числа сек­ций.  

При этом меняется только длина вала и стяжных шпилек.

Во время работы насоса, вследствие давления жидкости на неравные по пло­щади боковые поверхности рабочих колес, возникает усилие, которое стремиться сместить ротор насоса в сторону всасывания.

Для уравновешивания указанного осевого усилия в насосе применяется гидравлическая пята, состоящая из диска гидравлической пяты, кольца гидравлической пяты и втулки.

Во время работы насоса жидкость проходит через кольцевой зазор, образованный отверстием крышки нагнетания и втулкой и давит на диск гидравлической пяты с усилием, которое по величине равно сумме усилий, действующих на рабочее колесо, но направленным в сторону нагнетания. Таким образом, ротор насоса оказывается уравновешенным. Равенство усилий устанавливается автоматически, благодаря возможности осевого перемещения ротора насоса. Часть жидкости из разгрузочной камеры гидравлической пяты проходит между втулкой и сальниковой набивкой, чем достигается жидкостная смазка трущихся поверхностей и их охлаждение. Другая (основная) часть жидкости из разгрузочной камеры гидравлической пяты в насосах типа ЦНС, ЦНСМ, ЦНС(н) отводится через резьбовое отверстие и штуцер в дренаж.

При работе насоса с давлением на входе до 0,З МПа, вытекающую из штуцера жидкость можно направить во всасывающий трубопровод.

В насосах типа ЦНСГ вода из разгрузочной камеры гидропяты отводится наружу или во всасывающий трубопровод.

Между втулкой и сальником всегда должна протекать перекачиваемая жидкость в количестве 15-30 л/ч. Излишнее затягивание сальников ускоряет износ втулок и увеличивает потери на трение.

В крышке всасывания и кольца направляющего аппарата имеется отверстие через которое вода под давлением созданным первым рабочим колесом, проходит к втулке гидрозатвора, в которой имеется отверстие для подвода воды к рубашке вала, при этом болт должен быть вывинчен из крайнего нижнего положения на 8-12 оборотов.

Конструкция насосов ЦНСГ предусматривает охлаждение подшипников водой от постороннего источника. Охлаждаемая вода должна подаваться с давлением не выше 0,З МПа (З кгс/см2). В насосах ЦНСГ отсутствует резиновое кольцо, устройство для выпуска воздуха и обводная система.

В насосах ЦНС(Г) для возможности работы с холодной и горячей водой имеется резиновое кольцо и предусмотрено охлаждение подшипников аналогично насосам типа ЦНСГ.

Привод насоса — от электродвигателя через упругую втулочнопальцевую муфту. Вращение ротора насоса правое (по направлению движения часовой стрелки), если смотреть со стороны электродвигателя.

Центробежные насосы бывают не только 1-ступенчатыми (с одним рабочим колесом), но и многоступенчатыми (с несколькими рабочими колесами). При этом принцип их действия во всех случаях остается таким же, как и всегда. Жидкость будет перемещаться под действием центробежной силы, которая развивается за счёт вращающегося рабочего колеса.

Устройство Насоса.

Насос состоит из корпуса и ротора.  

К корпусу крепятся крышки всасывания 6 и нагнетания 5, корпуса направляющих аппаратов 7 с направляющими аппаратами 8, кронштейны передний 9 и задний 10. 

Корпусы направляющих аппаратов и крышки стягиваются стяжными шпильками 21. 

Стыки корпусов направляющих аппаратов и крышек уплотняются резиновыми кольцами 84. 

Ротор насоса состоит из вала 25, на котором установлены рабочие колеса 3,8 диск гидравлической пяты 18, втулки 20,28,30 подшипники 90 и полумуфта муфты 1. 

Все эти детали стягиваются на валу специальными гайкой 51. 

Места выхода вала из корпуса уплотняются сальниковой набивкой 95, пропитанной антифрикционным составом. 

Сечение сальника — квадрат. 

Кольца набивки на валу устанавливаются с относительным смещением разрезов на 120 и поджимаются втулками сальника 11 с помощью гаек 47 на шпильках 66. 

Опорами ротора служат 2 радиальных сферических подшипника 90, которые установлены в кронштейнах 9 и 10 по скользящей посадке, позволяющей ротору перемещаться в осевом направлении на величину хода ротора.

Места выхода вала из подшипников уплотняются манжетами 87. 

Подшипниковые камеры закрыты крышками 14 и 13, закрепленными шпильками с гайками.

Для предупреждения попадания воды в подшипниковые камеры установлены отбойники 32,37.

Корпус направляющего аппарата 7, аппарат направляющий 8 и колесо рабочее 3 в своей совокупности образуют секцию насоса. 

Всего в насосе ЦНС может быть до 10 секций.

Последние новости

Новости СМИ2

Произвольные записи из технической библиотеки

Используя данный сайт, вы даете согласие на использование файлов cookie, помогающих нам сделать его удобнее для вас. Подробнее.

Microsoft Word — Паспорт PL.doc

%PDF-1.5 %
537 0 obj >/OCGs[262 0 R 265 0 R 268 0 R 271 0 R 274 0 R 277 0 R 280 0 R 283 0 R 286 0 R 289 0 R 292 0 R 295 0 R 298 0 R 301 0 R 304 0 R 307 0 R 310 0 R 313 0 R 316 0 R 319 0 R 322 0 R 325 0 R 328 0 R 331 0 R 334 0 R 337 0 R 228 0 R 340 0 R 343 0 R 346 0 R 349 0 R 352 0 R 355 0 R 358 0 R 361 0 R 364 0 R 367 0 R 370 0 R 373 0 R 376 0 R 379 0 R 382 0 R 385 0 R 388 0 R 391 0 R 394 0 R 397 0 R 400 0 R 403 0 R 406 0 R 229 0 R 409 0 R 412 0 R 415 0 R 418 0 R 421 0 R 424 0 R 427 0 R 430 0 R 433 0 R 436 0 R 439 0 R 442 0 R 445 0 R 448 0 R 451 0 R 454 0 R 457 0 R 460 0 R 463 0 R 466 0 R 469 0 R 472 0 R 475 0 R 478 0 R 481 0 R 230 0 R 484 0 R 487 0 R 490 0 R 493 0 R 496 0 R 499 0 R 502 0 R 505 0 R 539 0 R 231 0 R 232 0 R 233 0 R 234 0 R 508 0 R 235 0 R 236 0 R 237 0 R 238 0 R 239 0 R 240 0 R 241 0 R 511 0 R 514 0 R 517 0 R 520 0 R 523 0 R 526 0 R 529 0 R 532 0 R 242 0 R 243 0 R 244 0 R 245 0 R 246 0 R 609 0 R 689 0 R]>>/OpenAction[538 0 R/Fit]/Outlines 248 0 R/Pages 247 0 R/Type/Catalog>> endobj 608 0 obj >stream
2013-09-11T16:58:23+04:00UnknownApplication2017-08-21T14:05:21+03:002017-08-21T14:05:21+03:00

3-Heights(TM) PDF Optimization Shell 4. 8.25.2 (http://www.pdf-tools.com)application/pdf

1FalseFalse20.99027829.703889Centimeters

proof:pdfuuid:0ad25f9f-1689-4869-85aa-eb29be1c163fuuid:054b5c42-bb68-4e3d-82da-d70c2cf71e17

endstream endobj 248 0 obj > endobj 247 0 obj > endobj 538 0 obj >/Font>/Properties>/Shading>/XObject>>>/Rotate 0/Thumb 691 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 1 0 obj >>>/Rotate 0/Thumb 692 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 5 0 obj >/Font>/Properties>>>/Rotate 0/Thumb 693 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 16 0 obj >/Resources>/Font>/ProcSet[/PDF/Text]/Properties>>>/Rotate 0/Thumb 698 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 26 0 obj >/ExtGState>/Font>/Pattern>/Properties>/XObject>>>/Rotate 0/Thumb 699 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 54 0 obj >/Font>/Properties>>>/Rotate 0/Thumb 700 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 63 0 obj >/Font>/Properties>>>/Rotate 0/Thumb 701 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 71 0 obj >/Font>/Properties>>>/Rotate 0/Thumb 702 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 77 0 obj >/Font>/Properties>>>/Rotate 0/Thumb 703 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 85 0 obj >/Font>/Properties>>>/Rotate 0/Thumb 704 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 93 0 obj >/Font>/Properties>/XObject>>>/Rotate 0/Thumb 705 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 115 0 obj >/Font>/Properties>>>/Rotate 0/Thumb 706 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 123 0 obj >/Font>/Properties>>>/Rotate 0/Thumb 707 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 131 0 obj >/Font>/Properties>>>/Rotate 0/Thumb 708 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 139 0 obj >/Font>/Properties>/XObject>>>/Rotate 0/Thumb 709 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 150 0 obj >/Font>/Properties>/XObject>>>/Rotate 0/Thumb 710 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 160 0 obj >/Font>/Properties>/XObject>>>/Rotate 0/Thumb 711 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 171 0 obj >/Font>/Properties>>>/Rotate 0/Thumb 712 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 177 0 obj >/Properties>/XObject>>>/Rotate 0/Thumb 713 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 184 0 obj >/Font>/Properties>/Shading>/XObject>>>/Rotate 0/Thumb 714 0 R/TrimBox[0 0 595 842]/Type/Page>> endobj 205 0 obj >stream
x\]dq_1Rl,-r60`?T3Z9`܄aݩ>}yO\}M\|IQ-qmלmz?. M׿z ݁f
-2#P:@=ܸ}qbGu+ej=e7 ~QWa]i1E
R`pv?k5hV]ohNeC2,G»=v \0«PT»%ڃ&a)(\tM»UvEz1SYܬIEfu

Что такое центробежные и центростремительные силы?

(Изображение предоставлено: Энтони Чинг/Getty Images)

Центростремительные и центробежные силы — это силы, действующие на вращающиеся объекты. Центростремительная сила заставляет объект двигаться по кругу и всегда направлена ​​к центру этого круга. Например, гравитационная сила Солнца является центростремительной силой, которая удерживает Земли на орбите вокруг него. Между тем, центробежная сила — это кажущаяся внешняя сила, действующая на объект, который движется по кругу. Примером центробежной силы может быть ощущение, возникающее при езде на карусели, которое заставляет вас лететь наружу.

Разница между центростремительной и центробежной силами

Основное различие между центростремительной и центробежной силами заключается в том, что центростремительная сила — это сила, направленная к центру окружности, которая заставляет объект двигаться по круговой траектории, а центробежная сила — это сила, направленная к центру окружности. ощущение, которое испытывает объект, когда он движется по этой круговой траектории, причем это ощущение как бы отталкивает его от центра круга.

Люди испытывают на себе действие центробежной силы, когда они поворачивают за угол в машине или когда самолет входит в поворот. Это происходит при отжиме стиральной машины или когда дети катаются на каруселях. Однажды она может даже обеспечить искусственную гравитацию для космических кораблей и космических станций — если мы сможем заставить космический корабль вращаться достаточно быстро, центробежная сила может обеспечить некоторое подобие нормального ощущения гравитации.

Но центробежную силу часто путают с ее аналогом, центростремительной силой, потому что они очень тесно связаны — по сути, это две стороны одной медали.

Центростремительная сила — это название, данное любой силе, которая заставляет объект двигаться по кругу — подумайте о камне, привязанном к концу веревки, а другой конец — к чему-то или в вашей руке. Когда струна закручена, натяжение этой струны не дает камню улететь по прямой линии. Это напряжение направлено внутрь, к центру круга. В качестве другого примера, солнце гравитация обеспечивает центростремительную силу, которая заставляет планеты двигаться по своим орбитам.

Центростремительная сила всегда направлена ​​перпендикулярно направлению движения объекта. Если вы едете в машине, а дорога изгибается и поворачивает влево, нормальная сила от дороги с креном будет толкать машину влево. Если бы центростремительная сила внезапно исчезла, автомобиль продолжал бы двигаться прямолинейно.

С другой стороны, центробежная сила — это кажущаяся сила, которую ощущает объект, когда он движется по криволинейной траектории, и эта кажущаяся сила направлена ​​в направлении от центра траектории вращения, согласно Кристоферу С. Бэрду. в West Texas A&M University (открывается в новой вкладке).

Центробежная сила направлена ​​наружу, а центростремительная притягивает вращающийся объект внутрь. (Изображение предоставлено: Future)

Обратите внимание, что хотя центростремительная сила является фактической силой, центробежная сила определяется как кажущаяся сила. Другими словами, при вращении массы на струне струна воздействует на массу внутренней центростремительной силой, в то время как масса «кажется» воздействующей на струну внешней центробежной силой.

«Разница между центростремительной и центробежной силой связана с разными «системами отсчета», то есть с разными точками зрения, с которых вы что-то измеряете», — сказал Эндрю А. Ганс, физик-исследователь из Вашингтонского университета. «Центростремительная сила и центробежная сила на самом деле являются одной и той же силой, только в противоположных направлениях, потому что они воспринимаются из разных систем отсчета».

Если вы наблюдаете за вращающейся системой снаружи, вы видите внутреннюю центростремительную силу, которая заставляет вращающееся тело двигаться по круговой траектории. Однако, если вы являетесь частью вращающейся системы, вы испытываете кажущуюся центробежную силу, отталкивающую вас от центра круга, хотя на самом деле вы ощущаете внутреннюю центростремительную силу, которая не дает вам буквально уйти по касательной. .

Вернемся к примеру с автомобилем после поворота с креном. Если вы наблюдаете снаружи, вы можете наблюдать центростремительную силу, толкающую автомобиль внутрь к центру, заставляя его двигаться по кругу. Но если вы едете внутри машины, вместо этого вы чувствуете силу, пытающуюся оттолкнуть вас от центра круга — это центробежная сила.

Центробежная сила и законы движения Ньютона

Эта кажущаяся внешняя сила описывается законами движения Ньютона. Первый закон Ньютона гласит, что «тело в состоянии покоя останется в покое, а тело в движении останется в движении, если на него не действует внешняя сила».

Если массивное тело движется в пространстве по прямой линии, его инерция заставит его двигаться по прямой линии, если внешняя сила не заставит его ускориться, замедлиться или изменить направление. Чтобы он двигался по круговой траектории без изменения скорости, к его траектории должна быть приложена непрерывная центростремительная сила. Радиус (r) этой окружности равен массе (m), умноженной на квадрат скорости (v), деленный на центростремительную силу (F), или r = mv^2/F. 2/r.

Третий закон Ньютона гласит, что «на каждое действие есть равное и противоположное противодействие». Точно так же, как гравитация заставляет вас воздействовать на землю, кажется, что земля оказывает равную и противоположную силу на ваши ноги. Когда вы едете в разгоняющемся автомобиле, сиденье оказывает на вас силу, направленную вперед, точно так же, как кажется, что вы оказываете на сиденье силу, направленную назад.

В случае вращающейся системы центростремительная сила притягивает массу внутрь, следуя по кривой траектории, в то время как масса, кажется, выталкивается наружу из-за своей инерции. Однако в каждом из этих случаев прилагается только одна реальная сила, а другая — только кажущаяся сила.

Примеры центростремительной силы

Центростремительная сила используется во многих приложениях. Одним из них является моделирование ускорения космического запуска для подготовки космонавтов. Когда ракета запускается впервые, она настолько загружена топливом и окислителем, что едва может двигаться. Однако по мере подъема он сжигает топливо с огромной скоростью, постоянно теряя массу. Второй закон Ньютона гласит, что сила равна массе, умноженной на ускорение, или F = ma.

В большинстве случаев масса остается постоянной. Однако у ракеты ее масса резко меняется, а сила — в данном случае тяга ракетных двигателей — остается почти постоянной. Это приводит к тому, что ускорение к концу фазы разгона увеличивается в несколько раз по сравнению с нормальной гравитацией. 900:03 НАСА использует большие центрифуги (открывается в новой вкладке), чтобы подготовить астронавтов к этому экстремальному ускорению. В этом случае центростремительная сила создается за счет того, что спинка сиденья давит на космонавта внутрь.

Лабораторные центрифуги быстро вращаются и воздействуют центростремительной силой на такие жидкости, как кровь, которые затем разделяются в зависимости от их плотности. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Статьи по теме

Другой пример применения центростремительной силы — лабораторные центрифуги, которые используются для ускорения осаждения взвешенных в жидкости частиц. Одним из распространенных применений этой технологии является подготовка образцов крови для анализа. Согласно Веб-сайт Experimental Biosciences Университета Райса (открывается в новой вкладке): «Уникальная структура крови позволяет очень легко отделить эритроциты от плазмы и других форменных элементов с помощью дифференциального центрифугирования».

При нормальной силе тяжести тепловое движение вызывает непрерывное перемешивание, что предотвращает осаждение клеток крови из образца цельной крови. Однако типичная лабораторная центрифуга может развивать ускорение, в 600–2000 раз превышающее ускорение в раз при нормальной силе тяжести 9.0004 . Это вынуждает тяжелые эритроциты оседать на дно и расслаивает различные компоненты раствора на слои в соответствии с их плотностью.

Эта статья была обновлена ​​11 ноября 2021 г. редактором Live Science Беном Биггсом.

Дополнительные ресурсы

Подробнее об основах центростремительной силы можно прочитать в Технологического университета Суинберна (открывается в новой вкладке). SciShow предоставляет отличное видео-введение в тему, где они объясните и сравните центростремительную и центробежную силы (откроется в новой вкладке). И Khan Academy предлагает математическое обсуждение темы в этой статье.

Библиография

Кун, Карл Ф., «Основы физики: руководство для самообучения», Джосси-Басс (2020)

Морин, Дэвид, «Введение в классическую механику», Cambridge University Press (2008)

Бен Биггс — увлеченный и опытный писатель в области науки и техники, автор опубликованных книг и редактор отмеченного наградами журнала How It Works. Он также много лет писал и редактировал материалы для изданий, посвященных технологиям и видеоиграм, позже стал редактором журнала All About Space, а затем журнала Real Crime.

Центростремительная и центробежная силы ускорения

Центростремительная и центробежная силы представляют собой пару сил действия и противодействия, связанную с круговым движением.

Центростремительное ускорение

Скорость — это вектор, указывающий, насколько быстро (или медленно) преодолевается расстояние и направление движения. Так как вектор скорости (направление) тела изменяется при движении по окружности — возникает ускорение.

Это ускорение называется центростремительным ускорением и может быть выражено как

A _C = V ² / R

= ω ² R

= (2 π N _RPS 9

= (2 π n _RPS )

2907 2 ^{2 2 2 2 2}

04 = (2 π N _RPS 9 2 ^{2 2 = (2 π n 9 2907 2}

9 2. (2 π n _rpm / 60) ² r   

    =   (π n _rpm / 30) ² r                       (1)

where

A _C = центрипетальное ускорение (M/S ² , FT/S ² )

V = Тангенциальная скорость (M/S, FT/S)

9000 2 9000 2 9000 2 . Круглый радиус (M, FT)

ω = угловая скорость (RAD/S)

N _RPS = Revolutions на секунду (рев/S) 70707070707070707070707070707070707070707070707070707070707070707070707070707070707.

n _об/мин = revolutions per min (rev/min, 1/min)

Centripetal Force

According Newton’s second law the centripetal force can be expressed as

F _c = m a _c

    = m v ² / r  

    = m ω ² r        

    = m   (2 π n _s ) ² r 

    = m (2 π n _rpm / 60) ² r 

    =   m (π N _{об / мин} /30) ² R (2)

, где

F _C = Centripetal0105 f )

m = масса (кг, снарядов )

Согласно третьему закону Ньютона центростремительная сила, действующая на объект, имеет центробежную силу той же величины, действующую в противоположном направлении.

Пример — центростремительное ускорение и сила, действующая на автомобиль при движении по кривой

• Поворот с креном

Метрические единицы

Автомобиль массой 1000 кг движется по кривой радиусом 200 м при скорости 50 км/ч . Центростремительное ускорение можно рассчитать как

a _c = ((50 км/ч) (1000 м/км) (1/3600 ч/с)) ² / (200 м)

   = 0,965 м/с ²

= 0,1 г

, где

1 г = ускорение гравитации (9,81 м/с ² )

.

F _C = (1000 кг) ( 0,965 м/с ² )

= 965 N

= 0,97 КН

= 0,97 КН

= 0,97 КН

. F _G = (1000 кг) (9,81 м/с ² )

= 9810 N

= 9,8 КН

• . вес (сила тяжести) 3000 фунтов проходит кривую радиусом 100 футов со скоростью 15 миль/ч .

  Масса автомобиля может быть рассчитана как

  M = (3000 фунтов) / (32 фута / с ² )

  = 94 Слуг

  . a _c = ((15 миль/ч)(5280 фут/миля) / (3600 с/ч)) ² / (100 фут)

     = 4,84 фут/с ²

  The centripetal force can bee calculated as

  F _c = (94 slugs) (4.84 ft/s ² )

      = 455 lb _f
  

  Centripetal (Центробежный) Калькулятор — скорость

  Этот калькулятор можно использовать, если известна скорость объекта — например, автомобиля на повороте.

  m — масса объекта (кг)

  v — скорость объекта (м/с)

  r — радиус кривой (м)

  Центростремительная (центробежная) сила — об/мин RPM

  — AS

  F _C = 0,01097 M R N _{об / мин} ² (3)

  , где

  N _{= революция}

  N _RPM = ROVERY FORMY FORMENT FARPM). 0109

  Центростремительный (центробежный) калькулятор — об/мин

  Этот калькулятор можно использовать, если известна скорость вращения объекта — как токарная чаша на токарном станке.

  • Конвертер единиц измерения ускорения

  Центробежная сила

  Сила — это абстракция, представляющая взаимодействие между объектами в виде толчка и притяжения. Третий закон Ньютона гласит, что

  • для каждой действующей силы существует равная и противоположно направленная сила реакции

  Следовательно, должна существовать равная и противоположная сила противодействия центростремительной силе — центробежная сила.

  Centrifugal Scalulator

  , созданный Bogna Szyk

  , рассмотрено Стивеном Вудинг

  Последнее обновление: 10, 2022

  СОДЕРЖАНИЕ

  • ЦЕНТРИЧЕСКАЯ СИЛА Определение
  • Сенталифугл.
  • Что делать дальше?
  • FAQ

  Калькулятор центробежной силы поможет вам найти силу, действующую на вращающийся объект, исходя из его массы, скорости и радиуса вращения. Вы можете использовать его не только для того, чтобы понять, как рассчитать центробежную силу, но и для ускорения и угловой скорости объекта. Читайте дальше, чтобы узнать, что такое определение центробежной силы и как применять уравнение центробежной силы.

  Соотношение между силой и ускорением для объектов, движущихся по прямой линии, можно найти в нашем калькуляторе ускорения.

  Определение центробежной силы

  Центробежная сила — это сила инерции, возникающая в каждом вращающемся объекте. Оно требуется только во вращающейся системе отсчета — или, другими словами, когда мы смотрим на систему с точки зрения движущегося объекта.

  Согласно первому закону Ньютона, если на объект не действует сила, он движется прямолинейно. Чтобы произошло вращение, должна быть приложена центробежная сила, действующая наружу от центра вращения.

  Например, вы можете представить себе камень, вращающийся на веревке. Центробежная сила — это сила, которая препятствует его движению к центру вращения (то есть к вашей руке).

  Уравнение центробежной силы

  Если вам известна скорость объекта, просто используйте следующую формулу:

  F = mv²/r

  где:

  • F — сила, выраженная в ньютонах;
  • m – масса объекта;
  • v — скорость; и
  • r это радиус.

  Если вам известна только угловая скорость ω , вы можете пересчитать ее в нормальную скорость, просто умножив на длину окружности пути. Используйте следующее уравнение:

  v = ω2πr

  в случае, если ваш ω имеет частоту Гц (1/с) .

  Или формула:

  v = ωr

  для ω в рад/с .

  Или просто введите значения ω и r в наш калькулятор.

  Для получения дополнительной информации о том, как найти длину окружности, посетите наш калькулятор длины окружности.

  Как рассчитать центробежную силу

  Выполните следующие простые шаги:

  1. Найдите массу объекта — например, 10 кг .
  2. Определить радиус вращения. Предположим, что это 2 м .
  3. Определите скорость объекта. Он может быть равен 5 м/с . Если вам известна только угловая скорость, вы можете использовать формулу v = ω ⋅ 2 ⋅ π ⋅ r для расчета скорости.
  4. Используйте уравнение центробежной силы: F = m v² / r . В нашем примере она будет равна (10 кг) × (5 м/с)² / (2 м) = 125 кг⋅м/с² = 125 Н .
  5. Или вместо этого вы можете просто ввести данные в наш калькулятор 🙂

  Что делать дальше?

  С помощью нашего калькулятора центробежной силы можно также найти центробежное ускорение a по простой формуле: a = F / m .

  Это работает и в обратном порядке — например, вы можете найти массу объекта с заданной скоростью, центробежной силой и радиусом.

  Поскольку вы знаете массу и скорость объекта, вы также можете найти его кинетическую энергию.

  Кроме того, вы можете дополнительно изучить концепцию кинетической энергии, посетив наш калькулятор кинетической энергии.

  Часто задаваемые вопросы

  Что такое центробежная сила?

  Центробежная сила вращающегося объекта — это внешняя сила, которая вытягивает объект из центра вращения. Это сила инерции, которая реагирует на центростремительную силу.

  Как рассчитать центробежную силу поворачивающего автомобиля?

  Вы можете попробовать калькулятор центробежной силы инструмента Omnicalculator или действовать следующим образом:

  1. Узнайте радиус кривизны. Допустим, 150 метров.
  2. Определить скорость автомобиля. Это значение будет служить тангенциальной скоростью. Предположим, 50 км/ч

  .

  3. Умножьте массу автомобиля на квадрат скорости и разделите результат на радиус кривизны.
  4. Результат 1286 ньютонов.