Siła dośrodkowa — dlaczego na zakręcie wynosi samochód

Ruch po okręgu

Ciało poruszające się po łuku ze stałą szybkością cały czas zmienia kierunek prędkości. Zmiana kierunku to też przyspieszenie, skierowane do środka okręgu. Żeby je wywołać, potrzebna jest siła dośrodkowa. W samochodzie dostarcza ją tarcie opon, w karuzeli łańcuch lub oparcie, a dla Księżyca grawitacja Ziemi.

Wzory

a = v² / r, F = m · v² / r

Prędkość podstawiamy w metrach na sekundę. Z km/h dzielimy przez 3,6, więc 72 km/h to 20 m/s. Obliczenia z przeliczeniem na g wykona kalkulator siły dośrodkowej.

Przykład z drogi

Auto o masie 1000 kg jedzie 72 km/h po łuku o promieniu 50 m. Przyspieszenie dośrodkowe wynosi 20² / 50 = 8 m/s², czyli około 0,82 g. Opony muszą przenieść siłę 8000 N. Na suchym asfalcie to blisko granicy przyczepności, a na mokrym już za dużo. Przy 90 km/h (25 m/s) na tym samym łuku przyspieszenie rośnie do 12,5 m/s², czyli ponad 1,2 g, czego zwykłe opony nie utrzymają.

Dlaczego prędkość ma tak duże znaczenie

Prędkość występuje we wzorze w kwadracie. Wzrost o 25% daje ponad 56% większą siłę. Ta sama zależność rządzi drogą hamowania, co pokazuje poradnik droga hamowania i kalkulator hamowania. Dlatego znaki ograniczenia przed ostrymi zakrętami mają sens fizyczny, a nie tylko formalny.

Siła odśrodkowa

Pasażer czuje, że coś wypycha go na zewnątrz. W rzeczywistości ciało chce jechać prosto, a samochód skręca pod nim. W układzie związanym z autem opisujemy to jako siłę odśrodkową bezwładności. Ma tę samą wartość co dośrodkowa, ale nie jest wywierana przez żadne ciało. Różnicę między masą a siłą ciężkości wyjaśnia poradnik masa a ciężar.

Inne przykłady

• Rowerzysta pochyla się w zakręcie, żeby wypadkowa siła przechodziła przez punkt styku opony.
• Pralka przy wirowaniu wytwarza przyspieszenia rzędu kilkuset g, dzięki czemu woda ucieka z tkaniny.
• Zakręty torów i autostrad mają przechyłkę, aby część siły dośrodkowej dawał nacisk nawierzchni.

Więcej o przyspieszeniu w ruchu prostoliniowym znajdziesz w poradniku przyspieszenie — wzory i zadania, a czas i drogę przy stałej prędkości policzy kalkulator prędkości.