|
|
Page:126
מטוטלת פוקו בשנת 1851 תלה הפיסיקאי הצרפתי פוקו ( Foucault ) מטוטלהנ באורך 67 מטרים מכיפת היכל לזאינוואליד בפאריס , והראה כי מישור התנודה ( המישור שבו נעה המטוטלת ) מסתובב בקצב של 11 . 25 ° בשעה , ומשלים הקפה שלמה ב 32 שעות . הסיבה לכך היא , כמובן , כוח קוריוליס שפועל על המטוטלת בעת התנודה . ההתקן מכונה מטוטלת פוקו , ואפשר למצוא אותו כמעט בכל מוזיאון מדע ברחבי העולם . החשיבות של מטוטלת פוקו נעוצה בכך , שהיא מספקת הוכחה ישירה לסיבוב כדור הארץ סביב צירו . הצגטריפוגה ראינו כי סיבוב כדור הארץ סביב צירו מקטין את . g אפשר לנצל תופעה זו גם בכיווץ ההפוך , ולגרום , בעזרת סיבוב , להגדלת # וליצירת כוח ( פיקטיבי ) דמוי כבידה . לדוגמא , בתחנות חלל גדולות שייבנו בעתיד , יהיה אפשר ליצור תחושת כובד מדומה באמצעות סיבוב של התחנה סביב צירה במהירות זוויתית מתאימה . על עיקרון דומה פועלת פעולת הסחיטה במכונת הכביסה . שאלה 3 . 13 באיזו תדירות צריכה לחוג סביב צירה תחנת החלל הטבעתית המתוארת באיור , כדי ליצור תאוצה צנטריפוגלית השווה ל , 0 . 5 # אס \ R = 200771 מה תהיה אז המהירות המשיקית של נקודה על היקף הטבעתל התקן נוסף המנצל את התאוצה הצנטריפוגלית של תנועה מעגלית הוא הצנטריפוגה . הצנטריפוגה נפוצה במעבדות והיא משמשת , בין השאר , להפרדת מוצקים המרחפים בנוזלים . נניח שרוצים להפריד את הכדוריות האדומות שבדם מהסרום ( נוזל הדם . ( מכיוון שהכדוריות כבדות מהסרום , אפשר , באופן עקרוני , להניח מבחנה מלאה בדם במנוחה , ולהמתין עד שהכדוריות ישקעו . אולם הדבר אינו מעשי בגלל הזמן הרב שידרש להשלמת תהליך השיקוע . הסיבה לכך היא , שעל גוף הנופל בהשפעת כוח הכובד בתוך גז או נוזל צמיג , פועל כוח מעכב הפרופורציוני למהירותו . כבר ראינו ביחידה 1 ( שאלת סיכום ( 28 כי כתוצאה מהכוח המעכב , הגוף יגיע בסופו של דבר למהירות גבולית מסוימת . v בחישוב מראה כי עבור חלקיקים כדוריים קטנים מתקיים : r הוא רדיוס החלקיק p , ו ק הן הצפיפויות של החלקיק ושל הנוזל בהתאמה g , היא תאוצת הכבידה ו ח היא תכונה של הנוזל , המכונה צמיגות ( היחידות של הצמיגות הן . ( Ns / m 2 במקרה של כדוריות דם ובמקרים רבים אחרים , v היא כה קטנה עד כי הזמן הדרוש להפרדה באמצעות שיקוע ארוך מכדי שהתהליך יהיה מעשי . איור 3 . 27 א הוא תיאור סכימטי של צנטריפוגה . שתי מבחנות המכילות נוזל תלויות על מוט אופקי העשוי להסתובב סביב צירו במהירות רבה . עקב הסיבוב , המבחנות מתרוממות למצב המתואר באיור 3 . 27 ב . ננתח הפעם את המצב מנקודת המבט של מערכת ייחוס מסתובבת , שבה המבחנה באיור 3 . 27 ב נמצאת במנוחה . הכוחות הפועלים על המבחנה במערכת זו הם משקלה , mg הכוח הצנטריפוגלי maP-R ( שניהם מתוארים באיור ) והמתיחות בחוט , שהיא שווה בגודלה ומנוגדת בכיוונה לשקול של שני הכוחות הראשונים . כיוון השקול של המשקל והכוח הצנטריפוגלי קובע את הנטייה של המבחנה . משתאה ( 3 . 22 ) נקראת חוק סטוקס . פיתוחה ייעשה ביחידה 7 ( יחידת השלמות . (
|
|