Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
بيت » صيغة قوة الطرد المركزي

صيغة قوة الطرد المركزي

1750
  • Leonhard Euler
Historical laboratory scene illustrating centrifugal force in classical mechanics.

(صورة توضيحية فقط)

In a reference frame rotating with an angular velocity [latex]\boldsymbol{\omega}[/latex], the centrifugal force [latex]\mathbf{F}_{\mathrm{cf}}[/latex] acting on an object of mass [latex]m[/latex] at a position vector [latex]\mathbf{r}[/latex] from the origin is given by the vector formula: [latex]\mathbf{F}_{\mathrm{cf}} = -m \boldsymbol{\omega} \times (\boldsymbol{\omega} \times \mathbf{r})[/latex]. This formula shows the force is directed perpendicular to the axis of rotation and outwards.

The vector formulation of centrifugal force provides a complete description of its magnitude and direction. The formula [latex]\mathbf{F}_{\mathrm{cf}} = -m \boldsymbol{\omega} \times (\boldsymbol{\omega} \times \mathbf{r})[/latex] uses the vector cross product. Here, [latex]\boldsymbol{\omega}[/latex] is the angular velocity vector, which points along the axis of rotation. The term [latex]\boldsymbol{\omega} \times \mathbf{r}[/latex] represents the tangential velocity of the point. The second cross product, [latex]\boldsymbol{\omega} \times (\boldsymbol{\omega} \times \mathbf{r})[/latex], results in a vector that points radially inward, representing the centripetal acceleration. The negative sign in the formula flips this direction, resulting in a force vector that points radially outward from the axis of rotation. The magnitude of this force can be simplified to [latex]m \omega^2 r_{\perp}[/latex], where [latex]r_{\perp}[/latex] is the perpendicular distance from the mass to the axis of rotation. This mathematical precision is crucial for analyzing motion in rotating systems, such as the dynamics of machinery, planetary atmospheres, and spacecraft. It is a key component in the transformation of Newton’s القانون الثاني from an inertial frame to a rotating frame, which also includes the Coriolis force and the Euler force.

This formulation is a direct consequence of differentiating a position vector in a rotating frame. The total acceleration in an inertial frame is the sum of the acceleration observed in the rotating frame, the centripetal acceleration, the Coriolis acceleration, and the Euler acceleration. When we rearrange Newton’s second law ([latex]\mathbf{F}_{\mathrm{real}} = m \mathbf{a}_{\mathrm{inertial}}[/latex]) for the rotating frame, these acceleration terms move to the force side of the equation and appear as fictitious forces with a negative sign. The centrifugal force is thus the term [latex]-m(\boldsymbol{\omega} \times (\boldsymbol{\omega} \times \mathbf{r}))[/latex].

UNESCO Nomenclature: 2210
الميكانيكا

يكتب

نظام مجرد

خلل

Substantial

الاستخدام

استخدام واسع النطاق

مقدمات

  • Newton’s second law of motion
  • تطوير حساب المتجهات والضرب المتجهي
  • Euler’s work on the kinematics of rigid bodies
  • صياغة لاغرانج للميكانيكا

التطبيقات

  • ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) للآلات التوربينية
  • ميكانيكا مدارات الأقمار الصناعية والتحكم في الموقف
  • محاكاة ديناميكيات المركبات
  • الروبوتات وديناميكيات ذراع التلاعب
  • نمذجة الطقس (بالاشتراك مع قوة كوريوليس)

براءات الاختراع:

NA

أفكار ابتكارية محتملة

  • الهياكل ذاتية التوجيه في الجاذبية الصغرى استنادًا إلى الدوران المستحث
  • centrifugal field-flow fractionation for nanoparticle separation
  • خوارزميات الموازنة الديناميكية للآلات الدوارة عالية السرعة
  • أنظمة التحكم للمضخات الطاردة المركزية ذات الرفع المغناطيسي
  • محاكاة تكوين القرص الكوكبي الأولي
  • centrifugal micro-actuators for MEMS devices
  • أنظمة تثبيت جيروسكوبية متقدمة
  • تخليق المواد القائمة على القوة الطاردة المركزية لإنشاء مواد متدرجة وظيفيًا
  • أنظمة الواقع الافتراضي التي تحاكي التسارع باستخدام أجهزة الطرد المركزي
  • أنظمة الترشيح الطرد المركزي لتنقية الهواء والسوائل
Related to: centrifugal force, vector formula, cross product, angular velocity, rotating reference frame, classical mechanics, fictitious force, centripetal acceleration, coriolis force, euler force.

السياق التاريخي

صيغة قوة الطرد المركزي

1687
1687
1738
1750
1785
1788
1800
1687
1687
1738
1750
1757
1788
1800
1800

(إذا كان التاريخ غير معروف أو غير ذي صلة، على سبيل المثال "ميكانيكا الموائع"، يتم توفير تقدير تقريبي لظهوره الملحوظ)

أحدث الإضافات

أهم المنشورات والمقالات

أفضل الأدوات الأصلية

السنة العاشرة عيد

الصور والتنزيلات بالحجم الكامل متاحة فقط، ومجانية تمامًا، للأعضاء المسجلين.