Merkezkaç kuvveti

Bir cismin hareketi dönen bir gözlem çerçevesinde incelenmek istenirse Merkezkaç kuvveti hesaba katılmalıdır.

Newton mekaniğinde merkezkaç kuvveti, dönen bir referans çerçevesinde bakıldığında tüm nesneler üzerinde etkili gibi görünen bir eylemsizlik kuvvetidir ("hayali" veya "sözde" kuvvet olarak da adlandırılır).

Newton'a göre duran bir cisme etki eden kuvvet o cismin ivme kazanmasına neden olur. Yine Newton'a göre hareket halindeki bir cisim, üzerine bir kuvvet etki etmediği sürece hareketine devam edecektir. Dairesel hareket sistemlerinde, yani dönen sistemler için, başlangıçta duran bir cisim (yatayda dönen bir levha ya da bir atlıkarınca ve üzerinde hareketsiz bir cisim) harekete başladığında dışa doğru kayma eğilimi gösterecektir. Yani cisim merkezden dışa doğru bir ivme kazanacaktır. Newton'a göre bu cisme, ivmenin yönünde (dışa doğru) bir kuvvet etki ediyor olması gerekir. İşte gerçekte olmayan bu kuvvete merkezkaç kuvveti denir. Bu durum sisteme içeriden bakıldığı zaman gerçekleşir. Eğer sistem dışardan incelenirse durumun farklı olduğu görülür. Otobanların keskin virajlardaki eğimi, araçların kontrolünü kaybetmesini azaltmak içindir. Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri'nde yapılan NASCAR yarışlarında virajların eğimli olmasının nedeni merkezkaç kuvvetinin etkisini azaltmaktır. Böylece pilotlar, hem virajı rahat ve hızlı bir şekilde alır hem de korkunç kazaların önüne geçilmiş olur.

Merkezkaç kuvvetin büyüklüğü;

$F_{\text{mk}}=m{\frac {V^{2}}{r}}$

eşitliğinden bulunur. Ayrıca bu eşitlikteki $V$, çizgisel hız, açısal hız ile yarıçapın çarpımı olarak da ifade edilebilir. ($V=\omega r$)

Bu eşitlikten merkezkaç kuvveti, $F_{\text{mk}}=m\cdot \omega ^{2}\cdot r$ olarak da yazılabilir. Merkezkaç kuvveti merkezden uzaklaştıkça artar.

Merkezkaç kuvveti, cismin dönüş hızını veya kütlesini artırarak ya da cismin eğrinin merkezinden uzaklığı olan yarıçapı azaltarak artırılabilir. Kütle ile merkezkaç kuvveti doğru orantılıdır; yani kütle arttıkça merkezkaç kuvveti de artar. Yarıçap ise merkezkaç kuvveti ile ters orantılıdır, yani yarıçap küçüldükçe merkezkaç kuvveti artar. Dönüş hızı ise merkezkaç kuvveti ile hızın karesiyle orantılıdır. Bu, dönüş hızının artmasının merkezkaç kuvvetini hızın karesi kadar artıracağı anlamına gelir; örneğin, hızın 10 kat artması, merkezkaç kuvvetini 100 kat artırır.

Merkezkaç Kuvveti Örnekleri

• Dönen bisiklet tekerleğindeki suyun etrafa sıçraması: Islak bir bisiklet tekerleği hızla döndüğünde, algılanan merkezkaç kuvveti nedeniyle su damlacıkları merkezden uzaklaşır. Bu, dönme hareketinin bir sonucu olarak suyun tekerleğin merkezinden dışarıya doğru hareket ederek etrafa dağılır. Islak bir topu kurutmak için de aynı yöntem kullanılabilir. Top havaya döndürülerek atılırsa üzerindeki suyun bir bölümü uzaklaşmış olur.
• Çamaşırların sıkma makinesinde kurutulması: Çamaşırlar, merkezden dışarıya doğru etki eden merkezkaç kuvveti nedeniyle kurutma makinesinin tamburunun iç yüzeyine yapışır. Çamaşırların dönmesiyle birlikte, merkezkaç kuvveti suyun çamaşırlardan ayrılmasına yardımcı olur ve çamaşırların daha hızlı kurumasını sağlar.