Fisica della forza centrifuga

Forza centrifuga, una forza fittizia, peculiare di una particella che si muove su un percorso circolare, che ha la stessa grandezza e le stesse dimensioni della forza che mantiene la particella sul suo percorso circolare (la forza centripeta) ma punta nella direzione opposta.

meccanica: forza centrifuga

Secondo il principio della relatività galileiana, se le leggi di Newton sono vere in qualsiasi quadro di riferimento, sono vere anche in qualsiasi altro quadro

Una pietra che gira su un piano orizzontale all'estremità di una corda legata a un palo a terra cambia continuamente la direzione della sua velocità e, quindi, ha un'accelerazione verso il palo. Questa accelerazione è uguale al quadrato della sua velocità diviso per la lunghezza della stringa. Secondo la seconda legge di Newton, un'accelerazione è causata da una forza, che in questo caso è la tensione nella corda. Se la pietra si muove a velocità costante e la gravità viene trascurata, la tensione della corda rivolta verso l'interno è l'unica forza che agisce sulla pietra. Se la corda si spezza, la pietra, a causa dell'inerzia, continuerà ad andare in linea retta tangente al suo precedente percorso circolare; non si muove verso l'esterno come farebbe se la forza centrifuga fosse reale.

Sebbene non sia una vera forza secondo le leggi di Newton, il concetto di forza centrifuga è utile. Ad esempio, quando si analizza il comportamento del fluido in un separatore di crema o in una centrifuga, è conveniente studiare il comportamento del fluido rispetto al contenitore rotante piuttosto che rispetto alla Terra; e, affinché le leggi di Newton siano applicabili in tale quadro di riferimento rotante, una forza inerziale o una forza fittizia (la forza centrifuga), uguale e opposta alla forza centripeta, deve essere inclusa nelle equazioni del moto. In una cornice di riferimento attaccata alla pietra vorticosa, la pietra è a riposo; per ottenere un sistema di forze bilanciate, è necessario includere la forza centrifuga ad azione esterna.

La forza centrifuga può essere aumentata aumentando la velocità di rotazione o la massa del corpo o diminuendo il raggio, che è la distanza del corpo dal centro della curva. Aumentando la massa o diminuendo il raggio aumenta la forza centrifuga in proporzione diretta o inversa, rispettivamente, ma aumentando la velocità di rotazione aumenta in proporzione al quadrato della velocità; cioè, un aumento della velocità di 10 volte, diciamo da 10 a 100 giri al minuto, aumenta la forza centrifuga di un fattore 100. La forza centrifuga è espressa come un multiplo di g, il simbolo della normale forza gravitazionale (a rigor di termini, l'accelerazione dovuta alla gravità). Campi centrifughi di oltre 1.000.000.000 di g sono stati prodotti in laboratorio da dispositivi chiamati centrifughe.