Middelpuntzoekende kracht

De centripetale kracht beweegt zich volgens de verbindingslijn van het middelpunt van de cirkelbaan (O) en het massapunt (m).

De ringen van Saturnus bestaan uit steenbrokken die door de zwaartekracht in hun baan gehouden worden. De zwaartekracht doet in dit geval dienst als middelpuntzoekende kracht.

Middelpuntzoekende kracht of centripetale kracht is de naam voor een kracht die werkt op een voorwerp dat in een cirkelbaan beweegt en die er voor zorgt dat die beweging constant naar het middelpunt van de cirkel wordt afgebogen.

Middelpuntzoekende kracht is niet een "soort" kracht zoals zwaartekracht of Lorentzkracht: de naam is niet gebaseerd op de oorzaak die de kracht heeft, maar op het gevolg van de kracht.

Als op een bewegend voorwerp een kracht werkt die telkens haaks staat op de bewegingsrichting, dan zal dat voorwerp een cirkelbaan gaan beschrijven. De kracht wijst daarbij continu naar het middelpunt van die cirkelbaan. Hierbij verandert de snelheid van het voorwerp niet van grootte, doordat de kracht haaks op de snelheidsvector staat. Door de middelpuntzoekende kracht verandert de snelheid enkel van richting.

De oorzaak van de middelpuntzoekende kracht kan de zwaartekracht zijn. De zwaartekracht van de aarde zorgt er bijvoorbeeld voor dat de maan in een cirkelbaan rond de aarde draait. Een middelpuntzoekende kracht wordt ook veroorzaakt door het touw waarmee een steen wordt rondgeslingerd.

In verband met cirkelbewegingen wordt ook de term middelpuntvliedende kracht of centrifugale kracht gebruikt. Welke kracht waargenomen wordt hangt letterlijk van het standpunt van de waarnemer af. Iedereen die wel eens in een auto door een scherpe bocht is gegaan kent het gevoel alsof je de auto uit wordt geslingerd en de richting van die kracht is duidelijk van het middelpunt áf. Een waarnemer die naast de weg staat ziet een lichaam dat rechtdoor "wil" gaan (eerste wet van Newton - wet van de traagheid) en het is de wand van de auto die het lichaam de bocht in duwt: naar het middelpunt toe. De tweede beschrijving heeft de voorkeur omdat als een waarnemer zélf een versnelling heeft, zoals in een bocht, er schijnkrachten opgevoerd moeten worden om de wetten van Newton te laten kloppen. Een correcte toepassing van de term middelpuntvliedende kracht is wanneer het gaat over de reactiekracht die automatich optreedt bij een middelpuntzoekende kracht: in het geval van de auto met passagiers de kracht die de passagiers op de auto uitoefenen, als een reactie op de middelpuntzoekende kracht uitgeoefend door de auto op de passagiers. Een andere toepassing van de middelpuntvliedende kracht is in situaties waarbij van een roterend coördinatenstelsel gebruik wordt gemaakt.

Berekening

De middelpuntzoekende kracht kan worden berekend door $F_{mpz}={\frac {mv^{2}}{r}}$.

waarbij geldt:

• F_mpz is de middelpuntzoekende kracht (in newton)
• m is de massa (in kilogram)
• v is de snelheid (in meter per seconde)
• r is de straal (in meter)

Dit komt overeen met $F_{cp}=m\omega ^{2}r{\frac {}{}}$

($\omega$ = hoeksnelheid in radialen per seconde).

Merk op dat bij gelijke rotatiesnelheid (toerental) de krachten lineair toenemen met de straal, wat verklaart dat grote centrifuges efficiënter zijn.

Zie ook

• Middelpuntzoekende versnelling
• Middelpuntvliedende kracht
• Schijnkracht