▷ Wat is middelpuntzoekende kracht? (formule en voorbeelden)

Dit artikel legt uit wat middelpuntzoekende kracht is in de natuurkunde. Zo leer je de betekenis van middelpuntzoekende kracht, hoe je de middelpuntzoekende kracht berekent en daarnaast een stap voor stap op te lossen oefening.

Wat is middelpuntzoekende kracht?

Middelpuntzoekende kracht is een kracht die op een lichaam inwerkt en een cirkelvormige beweging beschrijft. Meer specifiek is de middelpuntzoekende kracht de kracht die ervoor zorgt dat het lichaam van richting verandert en daardoor een cirkelvormig pad volgt. Middelpuntzoekende kracht treedt daarom alleen op bij cirkelvormige bewegingen.

Als we bijvoorbeeld een touwtje aan een bal bevestigen en deze met constante snelheid rond een as draaien, volgt de bal een cirkelvormig pad omdat het touwtje er een middelpuntzoekende kracht op uitoefent. Een ander voorbeeld van middelpuntzoekende kracht is de kracht die een satelliet in een baan om de aarde houdt.

Het belangrijkste kenmerk van de middelpuntzoekende kracht is dat deze loodrecht staat op de snelheid van het lichaam die de cirkelvormige beweging beschrijft, die raakt aan het cirkelvormige traject. De middelpuntzoekende kracht wijst dus altijd naar het middelpunt van de cirkelvormige beweging.

middelpuntzoekende kracht en tangentiale kracht

Zoals je in de vorige afbeelding kunt zien, is de richting van de middelpuntzoekende kracht ( _Fc ) radiaal en is de richting naar het midden van het cirkelvormige pad gericht. Aan de andere kant staat de tangentiële kracht ( _Ft ) loodrecht op de middelpuntzoekende kracht en komt ook voor bij bepaalde soorten cirkelvormige bewegingen. Hieronder zullen we zien wat de verschillen zijn tussen middelpuntzoekende kracht en tangentiële kracht.

Centripetale krachtformule

De middelpuntzoekende kracht is gelijk aan de massa van het lichaam maal de middelpuntzoekende versnelling . De middelpuntzoekende kracht is daarom gelijk aan de massa van het lichaam vermenigvuldigd met het kwadraat van de snelheid gedeeld door de straal. De middelpuntzoekende kracht wordt ook berekend door de massa te vermenigvuldigen met het kwadraat van de hoeksnelheid en de straal.

Kort gezegd is de formule voor het berekenen van de middelpuntzoekende kracht :

Goud:

$F_c$

is de centripetale versnelling.
$m$

is de massa van het bewegende lichaam dat de cirkelvormige beweging uitvoert.
$a_c$

is de centripetale versnelling (of normale versnelling).
$v$

is de tangentiële snelheid (of lineaire snelheid).
$r$

is de straal van het pad van cirkelvormige beweging.
$\omega$

is de hoeksnelheid.

Merk op dat de middelpuntzoekende kracht altijd naar het midden van het cirkelvormige pad wijst. Het teken van de middelpuntzoekende kracht zal daarom positief of negatief zijn, afhankelijk van het gekozen referentiesysteem.

Voorbeeld van berekening van de middelpuntzoekende kracht

Nu we de definitie van middelpuntzoekende kracht kennen en wat de formule ervan is, gaan we een concreet voorbeeld bekijken van hoe dit soort kracht wordt berekend.

Een bewegend lichaam met massa m = 8 kg beschrijft een uniforme cirkelvormige beweging met een hoeksnelheid van 2 rad/s en een kromtestraal van 3 m. Hoe groot is de middelpuntzoekende kracht die op het bewegende lichaam inwerkt?

Omdat het probleem ons de waarde van de hoeksnelheid van het lichaam geeft, moeten we om de middelpuntzoekende kracht te vinden de volgende formule gebruiken:

$F_c=m\cdot \omega^2 \cdot r$

Dus vervangen we de gegevens in de formule en berekenen de middelpuntzoekende kracht die inwerkt op het roterende lichaam dat een uniforme cirkelvormige beweging uitvoert:

$F_c=8\cdot 2^2 \cdot 3= 96\ N$

Middelpuntzoekende kracht en tangentiale kracht

In deze sectie zullen we zien wat het verschil is tussen middelpuntzoekende kracht en tangentiële kracht, aangezien dit de twee belangrijkste soorten krachten zijn die voorkomen in gevarieerde cirkelvormige bewegingen.

De tangentiële kracht is een kracht die op een lichaam inwerkt en die een niet-uniforme cirkelvormige beweging beschrijft en tangentiaal is aan het traject dat het lichaam volgt. Tangentiële kracht is de kracht die ervoor zorgt dat het lichaam sneller of langzamer draait.

Het verschil tussen middelpuntzoekende kracht en tangentiële kracht is dat middelpuntzoekende kracht een verandering in de richting van het traject van het bewegende lichaam veroorzaakt, terwijl tangentiële kracht een verandering in de grootte van de snelheid van het lichaam veroorzaakt.

Bovendien wijst de middelpuntzoekende kracht naar het midden van het cirkelvormige pad, terwijl de tangentiële kracht het pad raakt. De middelpuntzoekende kracht en de tangentiële kracht staan dus loodrecht.

Houd er rekening mee dat centripetale kracht bestaat bij elk type cirkelvormige beweging, anders zou het bewegende lichaam een recht pad volgen. De tangentiële kracht is echter nul bij een uniforme cirkelvormige beweging, omdat de tangentiële snelheid constant is.

➤ Zie: Wat is tangentiële kracht?

Middelpuntzoekende kracht en middelpuntvliedende kracht

Ten slotte zullen we zien wat het verschil is tussen middelpuntzoekende kracht en middelpuntvliedende kracht, omdat het twee verschillende soorten krachten zijn die vaak met elkaar worden verward.

Centrifugale kracht is een fictieve kracht die verschijnt bij het bestuderen van de beweging van een lichaam vanuit een roterend referentiesysteem.

Daarom is het verschil tussen middelpuntzoekende kracht en middelpuntvliedende kracht dat middelpuntzoekende kracht een echte kracht is die verschijnt wanneer een lichaam een cirkelvormige beweging maakt, terwijl middelpuntvliedende kracht een fictieve kracht is die verschijnt wanneer het referentiekader om een as roteert.