Merkezkaç Kuvvet Nedir?

Merkezkaç kuvvet nedir?



Bir ipin ucuna taş bağlayıp hızla çevirmeye başlayın; taş bir çember biçiminde dönecek ve ipi gergin tutacaktır Sanki ip, taşı, dairesel yörüngesinde tutmak için çekiyor gibidir İp koparsa ya da siz ipi bırakırsanız, bu kez taş düz bir çizgi üzerinde ileri fırlayacaktır
Bu biçimde "merkez"den kurtulup dışarı "kaçmaya" çalışan cisimlerin dışa doğru uyguladığı kuvvete merkezkaç kuvvet denir Bu cisimleri dairesel bir yörüngede tutmak için gerekli olan ve içe doğru etkileyen kuvvete ise merkezcil kuvvet denir Örneğin, bir pikap tablasının kenarına konan küçük bir cisim, tabla dönmeye başladığında herhangi bir merkezcil kuvvet bulunmadığı için savrulup gider; ama, su dolu bir kova, içindeki su dökülmeden başın üzerinden çevrilebilir

Bir dönemeci hızla dönen bir otomobildeki yolcu, kendisini dönemecin dışına doğru çeki-liyormuş gibi duyumsar; otomobilin kendisi de, kötü hava koşullarında aynı yönde savru-labilir; bunu önlemek için yollar, dönemeçlerde içe doğru eğimli yapılır Bisikletçiler ve motosikletçiler dönemeçleri dönerken, merkezkaç kuvvete karşı koymak için yana doğru yatarlar

Bizi Dünya'nın üzerinde, gezegenleri Güneş'in çevresindeki yörüngelerinde tutan kütleçekim kuvveti merkezcil kuvvettir {bakİVME; YERÇEKİMİ)
Daha ağır parçacıklar üzerinde etki yapan merkezkaç kuvvet daha büyüktür Santrifüj makineleri de bu ilkeye dayalı olarak çalışır Kaymağın sütten ayrılmasında ya da yağ üretiminde tortuların sıvıdan ayrılmasında santrifüj makinelerinden yararlanılır Makine, içindeki sıvıyı büyük bir hızla döndürür ve daha ağır olan parçacıklar dışa doğru savru-lur Aynı tür ayırma işlerinin yapılmasının gerektiği kimya ve tıp laboratuvarları, santrifüj makinelerinin kullanıldığı başlıca yerlerdendir

Merkezkaç kuvveti anlamlı fakat gerçek olmayan, yani Newton yasalarına uyan bir kuvvet değildir Newton’a göre duran bir cisme etki eden kuvvet o cismin ivme kazanmasına neden olur Ve yine Newton’a göre hareket halindeki bir cisim, üzerine kuvvet etki etmediği sürece hareketine devam edecektir Dairesel hareket sistemlerinde yani dönen sistemler için başlangıçta duran bir cisim (yatayda dönen bir levha ya da bir atlıkarınca ve üzerinde hareketsiz bir cisim düşünün) hareket başladığında dışa doğru kayma eğilimi gösterecektir Yani cisim merkezden dışa doğru bir ivme kazanacaktır Newton’a göre bu cisme ivmenin yönünde (dışa doğru) bir kuvvet etki ediyor olması gerekir İşte gerçekte olmayan bu kuvvete merkezkaç kuvveti diyoruz Ama bu durum sisteme içeriden bakıldığı zaman böyledir Eğer sistemi dışarıdan incelersek durumun farklı olduğunu görürüz Otobanların keskin virajlardaki eğimi araçların kontrolünü kaybetmesini azaltmak içindir Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri'nde yapılan NASCAR yarışlarında virajların eğimli olmasının nedeni merkezkaç kuvvetinin etkisini azaltmaktır Böylece hem pilotlar virajı rahat ve hızlı bir şekile döner,hem de korkunç kazalar engellenir Bu örnek gerçek hayatımızda da karşımıza çıkmaktadır

Merkezkaç kuvvetin büyüklüğü; Fmk =mV2/r eşitliğinden bulunurAyrıca bu eşitlikteki V, çizgisel hız olduğundan açısal hız ile yarıçapın çarpımı olarak da ifade edilebilir(V=Wr)Bu eşitlikten merkezkaç kuvveti, F=mwwr olarak da yazılabilir

Merkezkaç kuvvet,çembersel bir yörüngede dolanan bir cismin bu yörünge üzerinde kalmasını sağlayan merkezcil kuvvet ile aynı büyüklük ve doğrultuda ama ters yöndeki varsayımsal kuvvet

Yere çakılı bir kazığa bağlı bir ipin ucuna bağlı ve yatay düzlemde hızla dönmekte olan bir taşın hız vektörünün doğrultusu sürekli olarak değişir,bu nedenle taşın bir ivmesi vardır ve bu ivme kazığa doğru yönlenmiştirbu ivmeye yol açan kuvvetin büyüklüğü taşın hızının karesi ile ipin uzunluğunun oranına eşittirNewton'un ikinci yasası uyarınca ivme bir kuvvetin etkisiyle oluşurbu durumda ivmeyi oluşturan kuvvet ipteki gerilmedirYerçekiminin etkisi ihmal edilirse ve taş sabit bir hızla deviniyorsa,ipteki merkeze (içeri) doğru yönlenmiş gerilim ,taşa etkiyen tek kuvvettirİpin kopması durumunda taş devinimini,çembersel yörüngeye ipin kapması anındaki teğetin doğrultusunda ve doğrusal bir yol boyunca sürdürürBunun nedeni taşın eylemsizliğidiryoksa ip kopunca taşın ( sanıldığı gibi) merkezden dışarı doğru çapsal doğrultuda fırlamasına yol açan bir merkezkaç "kuvvet" yoktur

Merkezkaç kuvvet Newton yasalarına göre gerçek bir kuvvet olmasa da kavram olarak oldukça yararladırÖrneğin,merkezkaç ( santrifüj) yöntemiyle çalışan kaymak makinesindeki ( ya da bir başka makinedeki ) akışkanın davranışını çözümlerken akışkanın Yer'e göre değil,döner kaba göre davranışını göz önüne almak daha elverişli ve kolaydırbu durumda dönmekte olan referans sisteminde Newton yasalarının uygulanabilmesi için devinim denklemlerinde ,merkezcil kuvvete büyüklükçe eşit ama ters yöndre bir eylemsizlik kuvvetine ( bir başka deyişle varsayımsal bir kuvvete) yer verilmesi gereklidirDönmekte olan taşa bağlı kuvvetlerin dengede olduğu bir sistem elde edilebilmesi için dışarıya doğru yönlenmiş merkezkaç kuvvetin hesaba katılması gerekirMerkezkaç kuvvet,

1)- dönme hızı arttıkça
2)- dönen cismin kütlesi büyüdükçe,
3)- dönme yarıçapı,bir başka deyişle,dönen cisim ile yörünge merkezi arasındaki uzaklık arttıkça büyür

Merkezkaç kuvvet ,kütlenin ya da yarıçapın artması ile doğru orantılı olarak artar,dönme hızının ise karesi ile doğru orantılıdırbir başka deyişle hızın 10 kat artması ( örndakikada 10 devirden 100'e çıkması)merkezkaç kuvvetin 100 kat artması sonucunu doğururMerkezkaç kuvvet genellikle g'nin katları cinsinden ifade edilir( g yerkeçimi ivmesidir)Laboratuvar koşullarında 1000000000 g'den daha büyük merkezkaç ivmeleri elde edilebilmiştir


Kaynak:AnaBritannica cilt 22 frmsinsinet için derlenmiştir