مفهوم القوة الطاردة المركزية وأهم قوانينها

شريحة كبيرة من الناس تعتقد أن القوة الطاردة المركزية هي قوة الجاذبية وهذا ليس بصحيح فعلي الرغم من أنه يوجد تشابه كبير إلا إنه يوجد أيضا اختلاف من خلاله نستطيع التفريق بينهم. سنتعرف في هذا المقال في موقع مفاهيم بشكل تفاصيلي عن القوة الطاردة المركزية، من خلال ذكر أكبر قدر من المعلومات والموضوعات التي لها علاقة بها.

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

جدول المحتويات

• تعريف القوة الطاردة المركزية
• هل القوة الطاردة المركزية قوة حقيقية؟
• الفرق بين قوة الجذب المركزي والطرد المركزي
• قانون القوة الطاردة المركزية
• القوة الطاردة لكوكب الأرض
• تنشأ القوة الطاردة المركزية للأرض عن؟
• كيف تحافظ الأرض على تماسكها مع وجود قوة الطرد المركزية؟
• استخدامات جهاز الطرد المركزي في المختبر

تعريف القوة الطاردة المركزية

القوة الطاردة المركزية بالإنجليزية: Centrifugal force هي قوة مسئولة عن المحافظة علي القوة التي تحرك الأجسام في مسارها الدائري الخاص دون الخروج عنه أو الانحراف وهي قوى حقيقة ناشئة عن الحركة الدورانية.

(مثال: السيارة التي تدور على منحنى أو الجسم الذي يدور حول محور، يشعر الجسم وكأنه يُدفع بعيدًا عن المركز، وهذه القوة التي يشعر بها الجسم في الإطار الدوار تُسمى القوة الطاردة المركزية، هي ليست قوة فعلية بل هي نتيجة لتأثيرات الحركة الدورانية).

هل القوة الطاردة المركزية قوة حقيقية؟

• القوة الطاردة المركزية هي قوة وهمية غير حقيقة تظهر في إطار مرجعي يدور حول نقطة مركزية، وهي ليست قوة فعلية بل هي تعبير عن تأثير التسارع المركزي الذي يشعر به الجسم ، إذ يُفسر التسارع المركزي على أنه التغير في الاتجاه وليس في السرعة، كما أنها غير حقيقة لأن القوة الجاذبة المركزية هي المسؤولة عن تحرك الجسم في مسار دائري.

الفرق بين قوة الجذب المركزي والطرد المركزي

وجه التشابه بين قوة الجاذبية وبين قوة الطرد المركزي في:

• القوة الطاردة المركزية وقوة الجذب المركزي كلهما يحافظان على تحرك الأجسام في المسار الخاص بهم دون الانحراف عنه.
• لكن الاختلاف يكمن في أن قوة الطرد المركزية اتجاها يكون إلى الخارج بينما القوة الجاذبية الاتجاه الخاص بها يكون إلى الداخل.
• القوة المسئولة عن تحريك الأجسام في مسارها الخاص الدائري لها سرعة ثابتة هذه السرعة هي التي تحرك الجسم حول نقطة المركز والتي هي أيضا بدورها ثابتة.
• الجدير بالذكر أن مقدار السرعة ثابت لكن الذي يتغير في كل مره هو الاتجاه والذي يطلق عليه التسارع.
• القوة الطاردة المركزية قوة حقيقية بسبب التسارع المركزي، إذ يتسارع قوة الطرد المركزي من خلال نوعان هما التسارع المركزي ويكون بشكل عمودي على الجسم نفسه، والتسارع المماسي والذي يكون هو وحركة الجسم متوازيين في الاتجاه.

قانون القوة الطاردة المركزية

القوة الطاردة المركزية يمكن حسابها باستخدام الصيغة:

C.F=m*V²/r هذا هو القانون الذي يتم استخدامه من أجل حساب قيمة قوة الطرد المركزي بشكل رياضي.

حيث c. f يشير إلى:

• اختصار قوة الطرد المركزية التي يراد قياسها والنتائج تقاس بوحدة نيوتن.

أما بالنسبة لm فهو يرمز إلى:

• كتلة الجسم ويقاس بالكيلوجرام، v يرمز إلى سرعة الجسم والذي يتحرك بسرعة ثابته في خط مستقيم ويتم قياسها بالمتر /الثانية.

أما r يرمز إلى:

• نصف قصر المدار الذي يتحرك من خلاله الجسم في مسار دائري ووحده قياسه هي المتر.

• ومن الجدير بالذكر أن في وضع كان فيه التسارع المركزي لجسم غير ثابت وكان المماسي عبارة عن صفر فإن القوة التي تحافظ على مسار الجسم في هذا الوضع هي قوة الجاذبية التي تحافظ على المسار من الداخل.
• من القانون الرياضي للقوة الطرد المركزي يمكن حساب التسارع المركزي من خلال قسمة v على r أو ما يسمى قسمة مربع السرعة على نصف قطر مسار الحسم الدائري.

القوة الطاردة لكوكب الأرض

• الكثير يرى أن قوة طرد المركزية للأرض عبارة عن وهم وليس لها صلة ب الواقع وما هي إلا قوة نشأت بسبب قوة جذب مركزية مسئولة عن تحريك الأجسام حول الأرض أي حدثت كرده فعل لفعل جذب الأجسام.
• قوة الجاذبية هي التي تؤثر على الأرض وتجعل الأجسام تدور في مسار دائري مركزه هو كوكب الأرض.

يتم حساب أو التعبير عن قوة الطرد المركزية للأرض من خلال القانون الرياضي الذي نصه هو F=G*M*m/r².

حيث f تشير إلى :

• قوة الأرض المسئولة عن جذب الأجسام في اتجاهها وتقاس بالنيوتن، أما بالنسبة ل Gفي يرمز لثابت الجذب العام الذي يقدر بمقدار ثابت لا يتغير قيمته١٠*٦.٦٧٤ مع ضرورة الانتباه أن ١٠ لها اس سالب عبارة عن سالب ١١ ويقاس بنيوتن متر مربع لكل كيلوجرام مربع.

M يرمز لكتلة الأرض وهي:

• أيضا ثابته بمقدار ١٠*٥.٩٧٢ ورقم عشرة له اس ٢٤ والبديهي أن وحدة قياس الكتلة هي الكيلوجرام.

r يمثل :

• نصف قطر المدار أو المسافة التي تقع بين مركز الأرض وبين الجسم ويقاس بالمتر.

• في وضع كانت فيه قوة الطرد المركزية للأرض صفر فكيف سيسير الجسم في مساره إجابة هذا السؤال هو قوة جاذبية الأرض التي تمنح للجسم بعد انتزاع قوة الطرد منه، حيث تقوم هذه الأولى بجعله يمشي في خط مستقيم أو مسارة الدائري وفي نفس الوقت بسرعة ثابتة غير متغيرة.
• الكثير من التساؤلات تطرح بخصوص هذه الجزئية هو أن كيف الأجسام تدور حول الأرض في مسار دائري دون أن تقع في اتجاه الأرض بسبب قوة الجاذبية، وإجابة هذا السؤال هو أن لكل جسم سرعة دوران ثابته ومقدار عالي ينتج عن هذه السرعة قوة طرد مركزية للجسم المسئولة عن بقاء الجسم في مساره الخاص حول الأرض دون الوقوع في مسار مركزها.
• يعتبر افضل مثال على ذلك هو القمر والأرض فالقمر يدور حول الأرض دون أن يقع في مركزها بفضل قوة جاذبيتها هو أن القمر بسبب دورانه حولها بسرعه عالية أصبح يمتلك قوة طرد مركزية خاصة به تمنعه من الانحراف عن مساره حول الأرض وتحميه من الوقوع في اتجاه الأرض.

تنشأ القوة الطاردة المركزية للأرض عن؟

تعتبر إجابة هذا السؤال تتمثل في السؤال الذي يطرح كلما نظر الإنسان إلى السماء وهو ما سبب عدم اصطدام الكواكب والنجوم والمذنبات والإجرام السماوية ببعضها البعض؟

• القوة الطاردة المركزية للأرض تنشأ عن دوران الأرض حول محورها.
• الإجابة هي أن لكل جسم موجود في السماء مهما كان نوعه وحجمه وكتلته له قوة خاصة به هذه القوة تعتبر المسئولة عن حمايته من الاصطدام باي جسم آخر.
• ومن الجدير بالذكر أن الجسم يمشي في اتجاه مغاير لاتجاه قوة الطرد المركزية وفي نفس الوقت وعلى الرغم من اختلاف الاتجاه إلا أن قوة الجذب تكون مساوية في المقدار للقوة الاتجاه المغاير.
• وابسط مثال على ذلك أن المسار الذي تتحرك فيه الشمس والذي يعتبر نسبيا بيضاوي إلا انه يوجد به بعض الاعوجاج والانبعاج الذي يصدر عنه موجات تصل إلى الكواكب والتي تقوم هذه الأخيرة بدورها بالابتعاد عن مسار الشمس بشكل تدريجي وهذا التباعد يتناسب مع مقدار قوة الطرد المركزية.

كيف تحافظ الأرض على تماسكها مع وجود قوة الطرد المركزية؟

الأرض تحافظ على تماسكها واستقرارها على الرغم من وجود القوة الطاردة المركزية بفضل التوازن بين عدة قوى أساسية، ومنها ما يلي:

• قوة الجاذبية: هي القوة الرئيسية التي تسحب كل الأجسام نحو مركز الأرض. هذه القوة الجاذبة هي التي تبقي الأجسام على سطح الأرض وتضمن عدم انفصالها عن الكوكب وهي أقوى من قوة الطرد المركزية.
• التوازن بين قوى الأرض:الأرض في حالة توازن ديناميكي بين القوى المؤثرة عليها، القوة الطاردة المركزية التي تنشأ بسبب دوران الأرض تكون متوازنة بواسطة القوة الجاذبة المركزية، مما يحافظ على استقرار الكوكب وتماسكه.
• دوران الأرض حول محورها بشكل منتظم: يساعد في توزيع التأثيرات الميكانيكية بشكل متوازن، مما يمنع حدوث أي اضطرابات كبيرة قد تؤدي إلى فقدان التماسك.
• بسبب الدوران: تكون القوة الطاردة المركزية أقوى عند خط الاستواء مقارنةً بالقطبين. هذا يجعل الأرض مفلطحة قليلاً عند خط الاستواء. لكن قوة الجاذبية ما زالت أقوى في مواجهة هذه القوة الطاردة المركزية، مما يمنع الأجسام من الانفصال.

استخدامات جهاز الطرد المركزي في المختبر

بعد أن تم اكتشاف هذه القوة قام العلماء على مدار السنين ب اختراع بعض الأجهزة التي تساعدهم في حياتهم العملية وتمد يدى العون للصالح العالم البشرية، والتي تعتمد بشكل كلي على فكرة عمل قوة الطرد المركزية وعلى المبدأ الذي تعمل به ومن خلالها ومن أشهر هذه التطبيقات هي :

1. اختراع أجهزة علمية خاصة بالمفاعلات النووية وخاصة تخصيب اليورانيوم وكذلك القنابل النووية على اختلاف الأغراض التي سوف تستخدم بها سواء كانت أغراض سلمية تنفع البشرية أو أغراض حربية.
2. جهاز الطرد المركزي المستخدم في مجال الطب وهو عبارة عن جهاز يتم وضع عينات من الدم في أنابيب اختبار، ثم يتم وضعها في هذا الجهاز كل أنبوبة لها مكان خاص بها .
3. وبعد ذلك يتحرك هذا الجهاز بسرعة عالية بمقدار ثابت ولمدة معينة، بعد انقضاء المدة يتوقف الجهاز وتكون عينه الدم الواحدة تم فصل جزيئاتها عن بعضها البعض بحيث ترتيب بشكل تلقائي من المكونات الأثقل إلى الأخف.
4. ومن الجدير بالذكر أن هذا المجال يستخدم في مجالات عدة منها مجال الطب حيث يتم من خلاله تشخيص الإصابة بأمراض معينه وخاصة أنواع مرض السرطان المتنوعة.
5. كما أنه يستخدم في التحاليل الجنائية حيث يمكن من خلاله التعرف على سبب الوفاة طبيعي كان أو بسبب آخر يستدعي شبه جنائية، كما أنه يمكن أن يساعد وبشكل كبير على الإمساك بالمجرم في حالة وجوده.