Sigurno ste osjetili centrifugalnu silu. Zašto je fizika ne priznaje?

SVATKO je u životu imao prilike vidjeti na djelu ili osjetiti ono što se obično naziva centrifugalnom silom. U centrifugi, na nekom vrtuljku u dječjem igralištu, na ljuljačci, u autu u zavoju ili vrteći se u krug u plesu s partnerom.

SF zamjena za gravitaciju

Ona je u SF filmovima rješenje pomoću kojeg se u svemiru, u bestežinskom stanju, stvara zamjena za zemaljsku gravitaciju.

Obično velike letjelice za udaljena putovanja ili pak futurističke svemirske postaje imaju neki dio koji izgleda kao golemi kotač koji se okreće. Na njegovom rubu nalaze se prostorije u kojima se ta rotacija manifestira kao centrifugalna sila koja svemirske putnike drži priljubljenima uz pod.

Pomoću nje je otkriveno postojanje tamne tvari

Centrifugalna sila imala je važnu ulogu u otkrivanju tamne tvari. Naime, na temelju izračuna kolika bi trebala biti centrifugalna sila u galaksijama koje se rotiraju znanstvenici su zaključili da mora postojati neka dodatna, nevidljiva tvar jer vidljiva nije dovoljna da ih svojom gravitacijom održi na okupu da se ne razlete.

Ta tvar nazvana je tamnom tvari jer ne ulazi u interakcije s vidljivom tvari i nije vidljiva za postojeće uređaje.

Kako intuitivno shvatiti o čemu je riječ?

No, unatoč tome što smo je svi imali prilike vidjeti na djelu i osjetiti te što može biti vrlo korisna, centrifugalna sila se u fizici, strogo gledano, ne smatra stvarnom silom. To je zato što je, za razliku od stvarnih sila koje imaju izvor u interakcijama između tijela ili polja, ona u biti rezultat inercije – tendencije tijela da održava svoje stanje jednolikog gibanja u pravolinijskom smjeru.

Naime, kada se neko tijelo vrti, ono teži nastaviti kretati se tangencijalno na svoju putanju. Nemogućnost da se nastavi kretati u smjeru inercije rezultira pojavom sile koja izgleda kao da tijelo tjera od centra rotacije. Međutim, ta sila je samo reakcija na centripetalnu silu koja djeluje prema središtu vrtnje i ne dozvoljava tijelu da napusti kružnu putanju.

Jednostavan način da to intuitivno doživimo jest da pokrenemo lopticu da se vrti unutar kruga, a zatim je u nekom trenutku otpustimo i promatramo u kojem će se smjeru nastaviti kretati. Ona neće pobjeći od središta, kako bi se očekivalo da je riječ o stvarnoj sili koja djeluje od centra kruga prema van, već će se nastaviti kretati u smjeru tangente (video dolje).

Iz rotirajućeg referentnog okvira može se činiti da tu djeluje neka stvarna sila, no izvan njega lakše je vidjeti što se zapravo događa.

Četiri fundamentalne sile

Stvarnim silama u fizici smatraju se one koje imaju jasan uzrok i posljedice koje se mogu izmjeriti i opisati pomoću fizikalnih zakona. Tradicionalno fizika razlikuje četiri temeljne sile:

1. Gravitacijska sila – privlačna sila koja djeluje između svih tijela koja imaju masu
2. Elektromagnetska sila – privlačna ili odbojna sila koja djeluje između električki nabijenih čestica.
3. Slaba nuklearna sila – djeluje među kvarkovima i leptonima, a odgovorna je za određene vrste radioaktivnog raspada, poput raspada neutrona.
4. Jaka nuklearna sila – drži na okupu kvarkove i gluone u nukleonima (protonima i neutronima), a time i jezgre atoma. Najmoćnija je sila u prirodi, a djeluje samo na vrlo malim udaljenostima.

Ove fundamentalne sile temelj su na kojem počiva naše razumijevanje svijeta i svemira. Bez njih ne bi bilo moguće objasniti kretanje planeta, rad elektroničkih uređaja ili kako stojimo na Zemlji.

Korisna fikcija

Sve ostale sile koje opažamo, poput trenja kada kočimo, elastične sile opruge ili sile teže koja nas pritišće kada stojimo na tlu, posljedica su interakcija temeljnih sila.

Dakle, centrifugalna sila je korisna fikcija koja nam pomaže razumjeti i opisati određene fenomene u rotirajućim sustavima, no kada govorimo o stvarnim silama koje oblikuju naš svijet, mislimo na temeljne interakcije koje su srž fizike.

Centripetalna sila je drugi slučaj

Fizičari centripetalnu silu neće opisati kao fiktivnu, no ona se ne smatra ni fundamentalnom. Centripetalna sila je svaka sila koja neprekidno skreće česticu ili tijelo s pravocrtnog puta prema određenom središtu..Primjeri centripetalnih sila, među ostalim, uključuju gravitacijsku silu koja održava satelite u orbiti oko Zemlje i Lorentzovu silu koja djeluje na nabijene čestice u magnetskom polju

Istaknimo za kraj da sve ovdje objašnjeno ne znači da je krivo reći centrifugalna sila, baš kao što nije krivo reći sila trenja ili sila teže.