|
| نیروی مرکزی نیرویی است که همیشه یک مرکز ثابت ، یا دور از آن موثر است و اندازه آن فقط تابعی از فاصله ذره تا نقطه اثر نیرو است. به بیان دیگر می‌توان گفت کروی ، نیروی مرکزی فقط تابعی از شعاع می‌باشد. |
اطلاعات اولیه
در فیزیک نیروهای اولیه نیروهای پایستار از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند و دلیل این اهمیت را می‌توان چنین بیان کرد که هر گاه نیروهای وارد بر یک جسم از نوع پایستار باشند، قوانین بقا برقرار خواهند بود و لذا به راحتی می‌توان با استفاده از این قوانین حرکت را مورد بررسی قرار داد. نیروهای مرکزی از نوع نیروهای پایستار هستند.مشخصات نیروهای مرکزی
|
معمولا نیروهای مرکزی را به صورت (F = ̑nf(r نشان می‌دهند، که در این رابطه n یک بردار یکه‌ای است که در ابتدا اثر نیرو قرار دارد. از نظر فیزیکی هرگاه (f(r منفی باشد، نیروی مرکزی یک نیروی جانب مرکز است در صورتی که (f(r مثبت باشد در این صورت نیروی مرکز یک نیروی دافعه خواهد بود که از نقطه ثابتی واقع بر مبدا ( r=0) بر جسم وارد می‌شود. در حالت‌های مختلفی که دو ذره با یکدیگر بر همکنش می‌کنند، نیروی بین آنها(حداقل در وهله اول) از نوع مرکزی است.
به عبارت دیگر هر گاه یکی از ذرات در مبدا قرار گرفته باشد، نیروی وارد بر دیگری از نوع مرکزی خواهد بود. به عنوان مثال نیروی گرانشی خورشید بر سیارات یا نیروی جاذبه الکتریکی هسته اتم بر الکترون ، نیروی مرکزی جاذبه است. نیروی موجود بین یک پروتون یا یک ذره α و یک هسته دیگر ، نیروی مرکزی دافعه است.
اندازه حرکت زاویه‌ای حاصل از نیروهای مرکزی
هر گاه نیروی وارد بر یک ذره از نوع مرکزی باشد، در این صورت اندازه حرکت زاویه‌ای ذره مقدار ثابتی خواهد بود. یعنی اندازه حرکت زاویه‌ای حول هر محوری که از مرکز نیرو بگذرد ثابت است. علت مهم بودن اندازه حرکت زاویه‌ای این است که بسیاری از نیروهای فیزیکی ، نیروهای مرکزی هستند. ثابت بودن اندازه حرکت زاویه‌ای به این علت است که تغییرات زمانی اندازه حرکت زاویه‌ای همان گشتاور نیرو است.از طرف دیگر گشتاور نیرو عبارتست از حاصضرب خارجی نیرو در فاصله r ، و چون نیرو نیز تابعی r است لذا حاصضرب این دو. صفر خواهد بود. ثابت بودن اندازه حرکت زاویه‌ای شامل مقدار و جهت می‌باشد. قابلیت بودن جهات اندازه حرکت زاویه‌ای به این معنی است که حرکت در صفحه‌ای که شامل مرکز نیرو است صورت می‌گیرد.
نیروی مرکزی تناسب عکس مجذور فاصله
|
گفتیم که نیروی مرکزی باید فقط تابعی از r باشد. حال بستر به اینکه تابعیت نیرو نسبت به r چگونه باشد، می‌توان نوع نیرو را معین کرد. مهمترین مسئله حرکت در فضای سه بعدی مسئله جدی است که تحت تاثیر نیروی مرکزی متناسب با عکس مربع فاصله قرار گیرد. در حالت کلی این نیروها به صورت F=K/r2.̑n نمایش داده می‌شود. به عنوان مثال نیروی کولن که بین دو ذره باردار ظاهر می‌شود، نیروی گرانشی بین دو ذره با جرمهای m2 , m1 ، نیروی مغناطیسی که از قانون بیوساوار حاصل می‌شود، از این نوع هستند.
همچنین نیروهایی که در حرکت ماهواره‌ها به دور سیارات ظاهر می‌شوند، نیز از همین نوع می‌باشند. بنابراین با استفاده از قوانین مربوط به حرکت تحت تاثیر نیروهای مرکزی می‌توان مسیر حرکت ماهواره‌ها را تعیین کرد. همچنین قوانین کپلر را که در این مورد کار برد دارد به راحتی می‌توان ثابت کرد. نیروی الکترومغناطیسی نیز از جمله نیروهای متناسب با عکس مجذور فاصله می‌باشد. بنابراین مسائل مربوط به حرکت ذره باردار در میدان الکترومغناطیسی و نیز مسئله پراکندگی رادفورد نیز با استفاده از مفهوم نیروی مرکزی به راحتی قابل توصیف است.