تعريف القوة الطاردة المركزية
القوة
القوة (بالإنجليزية: Force)، هي عبارة عن كمية فيزيائية مُتجهة، أي كمية لها مقدار واتجاه، وتُعرّف على أنها أي مصدر خارجي يُكسِبْ الأجسام تغييرًا في حالتها الحركية سواء أكان ذلك التغيير في قيمة الطاقة (الحركية أو الوضع)، أو اتجاهها أو كليهما معًا، ويُعبّر عن القوة بأنها معدّل التغير في الزخم بالنسبة لوحدة الزمن، ولقد دَرَسَ العديد من العلماء مفهوم القوى وأثارها على الأجسام، وكان أولهم العالم أرخميدس، ومن ثم العالم الفيزيائي إسحق نيوتن، والتي سُميّت وحدة القوة باسمه (نيوتن) نسبة لدوره الكبير في هذا المجال، ومن أهم أنواع القوى في الطبيعة هي ما يُعرف بالقوة الطاردة المركزية، وسيتم الحديث في هذه المقال عن تعريف القوة الطاردة المركزية.
تعريف القوة الطاردة المركزية
يُطلق مُصطلح القوة الطاردة المركزية أو القوة النابذة أو ما يُسمى بالإنجليزية بـ (Centrifugal Force) على مقدار القوة التي تنشأ نتيجة رد فعل مقابل لقوة الجذب المركزية، وهي تلك القوة الوهميّة غير الحقيقية التي تنشأ على الأجسام وتُغيّر من حالتها الحركيّة مُكسبة إياها نوع جديد من القوة، وبالرغم من أن هذه القوة هي قوة وهميّة مشكوك في وجودها، إلا أنه يُمكن الاستفادة منها في توضيح بعض النظريات، مثل: كتلة الشمس.
تعتمد القوة الطاردة المركزية في حسابها على قانون نيوتن الثاني الذي ينص على أنه: “إذا أثرت قوة أو مجموعة قوى على جسم ما، فإنها تكسبه تسارعًا، يتناسب طرديًا مع مقدار محصلة القوى المُؤثرة عليه، وعكسيًا مع كتلته”.
ويُمكن القول إن القوة الطاردة المركزية المؤثرة على جسم تُكسب الجسم تسارعًا يتناسب طرديًا مع مقدار هذه القوة.
رياضيًا وبتطبيق قانون نيوتن الثاني، فإن:
القوة = الكتلة × التسارع
F = M * a
وفي حالة القوة الطاردة المركزية تكون الحركة دورانيّة، وبالتالي فإن:
F = M* V ^2\R
حيث أن:
- F: هي القوة الطاردة المركزية، وتُقاس بوحدة (نيوتن).
- M: هي كتلة الجسم (كتلة القصور الذاتي)، وتُقاس بوحدة (كغم).
- a: هو التسارع، ويُقاس بوحدة (م \ ث2).
- V: هي السرعة المنتظمة التي يتحرك فيها الجسم، وتُقاس بوحدة (م\ث).
- R: هي نصف قطر الدوران، وتُقاس بوحدة (المتر).
تطبيقات على القوة الطاردة المركزية
تنتشر ظاهرة تولد القوة الطاردة المركزية في العديد من التطبيقات العمليّة التي يستخدمها الإنسان في حياته اليومية بشكل كبير، حيث استفاد العديد من علماء الماضي والحاضر من هذه القوة في تصميم العديد من المعدات والآلات التي تعتمد في عملها على ضرورة وجود القوة الطاردة المركزية، وتختلف هذه الآلات عن بعضها البعض في درجة تعقيدها، فمنها ذات مبدأ عمل بسيط، وأخرى متوسطة التعقيد، وثالثها شديدة التعقيد، وفيما يلي بيّان لأهم هذه التطبيقات:
- في مجال الطب: تم اكتشاف جهاز الطرد المركزي الذي يُستخدم في عملية فصل الدم في المختبرات الطبيّة وترتيبها من الأثقل إلى الأخف.
- في مجال المفاعلات النوويّة: تُستخدم في مجال تخصيب اليورانيوم.
- في مجال التسليّة: تُستخدم في إنشاء أرجوحة الأطفال في مدن الملاهي والتسليّة.
- في مجال التنظيف: تدخل هذه القوة في تصميم نشافة الغسيل، التي تعتمد في عملها على فصل الماء عن الملابس بطريقة حركيّة وليس حراريّة.
رد مع اقتباس