כוח צנטריפוגלי

בפיזיקה, כּוֹחַ צֶנְטְרִיפוּגָלִי (מלטינית, "בורח מהמרכז": centrum – מרכז, fugere – לברוח; לפי האקדמיה ללשון העברית: כּוֹחַ סִרְכּוּזִי^[1]) הוא כוח מדומה המושך גוף הנתון בתנועה מעגלית לאורך רדיוס הסיבוב בכיוון הפונה החוצה ממרכז המעגל.

איור הממחיש את מקורו של הכוח הצנטריפוגלי.
הקו האדום מתאר את המסלול שהיה עושה הנוסע אילולא היו דפנות לאוטובוס.
בשני האיורים האוטובוס מבצע פנייה – קשת של מסלול מעגלי.

נניח שיש לנו גוף בעל מסה m שמבצע תנועה מעגלית קבועה ברדיוס r. על אף שגודל המהירות לא משתנה, גוף שמבצע תנועה כזו נמצא בתאוצה, מפני שכיוון המהירות משתנה. בכל רגע נתון יש לגוף מהירות קווית בכיוון המשיק למעגל הסיבוב, וכיוון זה משתנה. עקרון ההתמדה קובע שהגוף שואף להתמיד בתנועה ישרה בכיוון המשיק, ולכן הגוף "נמשך" כלפי חוץ הסיבוב. משיכה זו היא הכוח הצנטריפוגלי, והיא למעשה מקרה פרטי של כוח ד'לאמבר.

כדי לקיים תנועה מעגלית חייב להיות כוח המושך את הגוף כלפי מרכז הסיבוב. כוח זה נקרא כוח צנטריפטלי. בניגוד לכוח הצנטריפוגלי, הכוח הצנטריפטלי אינו כוח מדומה. מכיוון שהכוח הצנטריפטלי ניצב למהירות, הוא משנה את כיוונה, אך לא את גודלה.

מתמטית, הכוח הצנטריפוגלי ניתן לביטוי באופן הבא:

${\displaystyle F=ma_{r}=m{\frac {v^{2}}{r}}=m\omega ^{2}r}$

כאשר m היא מסת הגוף, ${\displaystyle \ a_{r}}$ היא התאוצה הרדיאלית, ${\displaystyle \ v}$ היא המהירות, r הוא רדיוס הסיבוב ו-${\displaystyle \ \omega }$ היא המהירות הזוויתית.

• מתקיים ${\displaystyle \ \omega }$ ${\displaystyle \ v=r}$

(הפיתוח המתמטי המפורט מופיע בערך כוח קוריוליס)

דוגמה לכוח הצנטריפוגלי מחיי היום יום היא המשיכה כלפי חוץ שאנו חשים בקרוסלה מסתובבת, או כלפי קירות המכונית כאשר היא מבצעת סיבוב. כפי שרואים בנוסחה, ככל שהקרוסלה מסתובבת במהירות גבוהה יותר, כך הכוח הצנטריפוגלי חזק יותר, וקשה יותר שלא לעוף מהקרוסלה.

אי הבנות נפוצות

רבים נוטים שלא להשתמש במושג "כוח צנטריפוגלי" כיוון שהוא כוח מדומה, וכך אף נלמד בבתי הספר בישראל. בחישובים ובפתרון תרגילים הכוח הצנטריפוגלי לא מופיע, ובמקומו מופיע הכוח הצנטריפטלי. לכן, תלמידים רבים חושבים כי מבחינה מדעית מדויקת אין לצמד המילים "הכוח הצנטריפוגלי" משמעות אמיתית. לא כך הדבר. המונח "כוח מדומה" אינו אומר שכוח זה אינו "קיים" במציאות. הכוח הצנטריפוגלי הוא אומנם כוח מדומה, אך במערכת מסתובבת הוא ניתן למדידה, ואף יכול לבצע עבודה. לכן, אין זה מדויק לומר כי הכוח הצנטריפוגלי לא קיים, אלא רק כי הוא אינו קיים במערכות ייחוס אינרציאליות. אדרבא, בחישובים פיזיקליים במקרים רבים מעדיפים המדענים והמהנדסים להשתמש במערכות ייחוס מסתובבות, ובמקרים אלה יש לכוח הצנטריפוגלי תפקיד חשוב. לדוגמה, הכוח הצנטריפוגלי אחראי לכך שגודל תאוצת הכובד האפקטיבית של כדור הארץ משתנה עם קו הרוחב שנמצאים בו.

ראו גם

• כוח צנטריפטלי
• כוח מדומה
• מערכת ייחוס
• כוח קוריוליס
• וסת צנטריפוגלי

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא כוח צנטריפוגלי בוויקישיתוף

• ארז גרטי, כוחות המעורבים בתנועה מעגלית, במדור "מאגר המדע" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 2 ביולי 2011
• עופר מגד, תנועה בהשפעת כוח צנטריפוגלי, בבלוג "רשימות בפיזיקה עיונית", 6 ביוני 2016
• כוח צנטריפוגלי, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)