какая из псевдо сил направлена перпендикулярно скорости объекта во вращающейся системе отсчета

В вращающейся системе отсчета (например, в системе, вращающейся с постоянной угловой скоростью) существует несколько псевдосил, которые могут влиять на объекты, находящиеся в этой системе. Одной из них является центробежная сила, которая действительно направлена перпендикулярно скорости объекта в этой системе отсчета.

Давайте разберем этот вопрос подробнее.

1. Описание вращающейся системы отсчета

Когда мы рассматриваем вращающуюся систему отсчета, например, это может быть система отсчета, связанная с вращающимся телом или объектом (например, вращающийся диск, планета или спутник). В такой системе, кроме обычных сил, действующих на объект (например, гравитация, упругие силы), появляются дополнительные силы, которые связаны с тем, что система отсчета вращается.

2. Псевдосилы в вращающейся системе отсчета

Когда мы переходим в неинерциальную (вращающуюся) систему отсчета, то дополнительно к настоящим силам (например, гравитации) начинают действовать так называемые псевдосилы. Это силы, которые возникают из-за того, что система отсчета ускоряется или вращается. Важно, что эти силы не являются настоящими физическими силами (как, например, гравитация), а возникают из-за выбора неинерциальной системы отсчета.

В случае вращающейся системы отсчета, такими псевдосилами являются:

• Центробежная сила (${\mathbf{F}}_{\text{ц}}$),

• Корриолисова сила (${\mathbf{F}}_{\text{К}}$),

• Угловая сила инерции (псевдосила, которая тоже иногда появляется в расчетах, хотя используется реже).

3. Центробежная сила и её направление

Центробежная сила возникает как результат инерции объектов, находящихся в вращающейся системе отсчета. Эта сила направлена от центра вращения и зависит от расстояния объекта от оси вращения.

Формула для центробежной силы:

$${\mathbf{F}}_{\text{ц}}=m{\omega }^{2}r$$

где:

• $m$ — масса объекта,

• $\omega$ — угловая скорость вращающейся системы,

• $r$ — радиус, на котором находится объект от оси вращения.

Центробежная сила всегда направлена от центра вращения наружу, и её направление перпендикулярно направлению скорости объекта, так как скорость объекта в данной системе будет касательной к траектории его движения (к окружности). То есть, если объект движется по окружности, то его скорость будет направлена по касательной, а центробежная сила будет направлена радиально наружу от центра вращения. Таким образом, вектор этой силы перпендикулярен вектору скорости объекта.

4. Корриолисова сила и её направление

Корриолисова сила, с другой стороны, связана с изменением направления движения объекта в вращающейся системе отсчета. Эта сила также действует в вращающихся системах отсчета, но она направлена перпендикулярно скорости объекта и в зависимости от его направления. Корриолисова сила выражается как:

$${\mathbf{F}}_{\text{К}}=-2m(\mathbf{\omega }\times \mathbf{v})$$

где:

• $m$ — масса объекта,

• $\mathbf{\omega }$ — угловая скорость системы,

• $\mathbf{v}$ — скорость объекта в системе отсчета.

Корриолисова сила перпендикулярна скорости объекта, но её направление зависит от угла между векторами $\mathbf{\omega }$ и $\mathbf{v}$. Эта сила влияет на объект, изменяя его траекторию (например, создавая отклонение в движении, как это происходит с атмосферными течениями).

5. Ответ на ваш вопрос

Итак, из всех псевдосил в вращающейся системе отсчета, центробежная сила является силой, которая всегда направлена перпендикулярно скорости объекта, так как она направлена наружу от центра вращения, а скорость объекта движется по касательной к траектории его движения.

6. Пример

Представьте, что на вращающемся диске находится точка. Точка движется по окружности. Вектор скорости этой точки будет касательным к окружности, а центробежная сила будет направлена от центра вращения наружу. Это означает, что вектор центробежной силы всегда будет перпендикулярен вектору скорости точки на диске.

Надеюсь, это объяснение помогло! Если что-то неясно или хочешь подробнее остановиться на какой-то из частей, скажи!