HJÄLP MED FYSIK B UPPGIFT - Centrifugalkraft/friktionskraft/centripetalkraft

Hej!

Jag har problem med följande uppgift.

Lisa åker karusell. Hon sitter på en bänk, 0,55 m från karusellens centrum, vid A i figuren. Karusellen roterar med 15 varv/min. Lisa väger 33 kg.

a) Rita en figur som visar de krafter som verkar på Lisa när hon åker karusell. OBS! Du behöver inte beräkna storleken på krafterna.


Jag kommer inte riktigt underfund med vilka krafter som verkar på Lisa förutom de vertikala krafterna som tar ut varandra dvs. tyngdkraften och normalkraften.

Enligt fysikens lagar (läroboken) ska den resulterande kraften för ett föremål som är i konstant hastighet i en bana verka inåt (centripetalkraften). För att Lisa ska kunna sitta still och inte åka in mot mitten trodde jag en lika stor utåtriktad friktionskraft skulle behövas. När jag försökt läsa på verkar det istället som att den innåtriktade centripetalkraften i detta fall är friktionskraften och att friktionskraften alltså är riktad innåt. Och att centrifugalkraften är en motkraft lika stor och riktad utåt. Blir väldigt förvirrad och läser olika svar var jag mig än vänder, är det någon som kan skänka mig lite klarhet i denna fråga?

Vänligen sluta använda massa versaler i rubriken. Dina trådar är inte viktigare än andras.



Du verkar ha fattat de grundläggande koncepten. Ett föremål som är stillastående eller i en konstant rörelse, dvs accelerationen är noll, har en kraftresultant som är noll.

I det här fallet accelererar Lisa hela tiden mot karusellens mitt. Att hon ändå inte kommer närmre mitten beror på att hon hela tiden rör sig vinkelrät mot denna acceleration. Tänk dig koordinaterna som en klocka. När hon är vid klockan 9 accelererar hon åt höger och rör sig rakt uppåt. När hon är vid klockan tolv har accelerationen helt tagit bort den uppåtgående rörelsen, och hon rör sig nu rakt åt höger istället och accelererar rakt nedåt. Det är samma princip som när ett föremål befinner sig i omloppsbana.

Så eftersom Lisa hela tiden accelererar kommer inte resultanten att vara noll.

EDIT:
Skrev lite fel

Precis, som jag skrev måste alltså konstant hastighet i cirkelbana betyda att kraftresultanten pekar innåt dvs, att inte kraftresultanten inte kan vara noll.

Men vilka krafter är det då som verkar på Lisa, är det centripentalkraften eller friktionskraften som pekar inåt och påverkas hon av centrifugalkraften som pekar utåt? Eller pekar friktionskraften inåt?

Centripetalkraften ska du ha med. Det är den kraften som står för accelerationen som leder till att hon rör sig cirkulärt.

Friktionen behövs inte alls. Den är bara aktuell när karusellen startar och stannar, dvs när det sker en vinkelacceleration.

Centrifugalkraften finns inte på din nivå. Det är en fiktiv kraft som är en matematisk konstruktion. Den uppkommer när man har roterande referenssystem. Det är inget du behöver förstå nu, men tänk dig att du låser koordinatsystemet till karusellen. Då kommer du inte att se någon rotation eller rörelse alls. Då behövs centrifugalkraften för att förklara att hon "dras" utåt. Det står rätt bra förklarat på wikipedia.

Visst behövs friktionen! Det är ju friktionen som håller Lisa kvar på bänken! - Om friktionen av någon anledning upphörde skulle jäntan fara iväg i tangentens riktning.

Jag tänkte på friktion parallell med rotationen och föreställde mig att det fanns ett ryggstöd. Om det inte finns något ryggstöd ska det naturligtvis vara en friktionskraft riktad mot centrum. Tack för påpekandet.

OK, då är vi väl överens om att friktionskraften (alternativ tryckkraften från ryggstödet) F
är den enda innåtpekande ("centripetala") kraften. Newtons 2:a lag ger därmed

F = ma, där a = v²/R,
R cirkelradie och v fart i cirkelbanan.

Visst, men det är onödigt krångligt med tanke på att de data som vi får i uppgiften lättare ger oss vinkelhastigheten än själva hastigheten. Det du skriver fungerar, men det är en omväg.

OK. Med v = Rω får vi
a = Rω²,
vilket blir smidigare här.