Центростремительная и центробежная силы    

       Рассмотрим вращение камня массой m на веревке (рис. 4.8).


Рис. 4.8

       В каждый момент времени камень должен был бы двигаться прямолинейно по касательной к окружности. Однако он связан с осью вращения веревкой. Веревка растягивается, появляется упругая сила, действующая на камень, направленная вдоль веревки к центру вращения. Это и есть центростремительная сила (при вращении Земли вокруг оси в качестве центростремительной силы выступает сила гравитации).
   но так как      то
  (4.5.2)  
  (4.5.3)  
       Центростремительная сила возникла в результате действия камня на веревку, т.е. это сила, приложенная к телу, – сила инерции второго рода. Она фиктивна – ее нет.

       Сила же, приложенная к связи и направленная по радиусу от центра, называется центробежной.

       Помните, что центростремительная сила приложена к вращающемуся телу, а центробежная сила – к связи.


Сила гравитационного притяжения направлена к центру Земли.
Сила реакции опоры (нормального давления) направлена перпендикулярно к поверхности движения.

       Центробежная сила – сила инерции первого рода. Центробежной силы, приложенной к вращающемуся телу, не существует.

С точки зрения наблюдателя, связанного с неинерциальной системой отсчета, он не приближается к центру, хотя видит, что  Fцс  действует (об этом можно судить по показанию пружинного динамометра). Следовательно, с точки зрения наблюдателя в неинерциальной системе есть сила, уравновешивающая  Fцс, равная ей по величине и противоположная по направлению:


т.к.  an = ω2R (здесь  ω – угловая скорость вращения камня, а  υ – линейная), то
  Fцбm ω2R. (4.5.4)  
       Все мы (и физические приборы тоже) находимся на Земле, вращающейся вокруг оси, следовательно, в неинерциальной системе (рис 4.9).


Рис. 4.9

R = RЗ cosφ φ – широта местности);    ω – угловая скорость вращения Земли.

       Сила тяжести есть результат сложения двух сил:    и  , таким образом  g  (а значит и  mg ) зависит от широты местности:

,

где  g = 9,80665 м/с2 – ускорение свободного падения тела. Направлено g точно к центру только на полюсе и на экваторе.