Mikä on sentripetaalinen kiihtyvyys?

Keskipisteinen kiihtyvyys on se, kuinka nopeasti tangentiaalinen nopeus tai nopeus, jolla kiertävä kappale liikkuu, muuttuu. Se sisältää sekä tangentiaalisen nopeuden muutoksen suuruuden että suunnan. Kun kohde liikkuu pyöreällä liikkeellä, kiihtyvyys osoittaa aina suoraan ympyrän keskipisteeseen. Sen suuruus liittyy kohteen kulmanopeuteen ja nopeuteen.

Jos kappale liikkuu suorassa linjassa, sen kiihtyvyys kuvaa kuinka nopeasti sen nopeus muuttuu. Jos kohde liikkuu pyöreällä tiellä, keskipisteen kiihtyvyys selittää kuinka nopeasti sen tangentiaalinen nopeus muuttuu. Tangentiaalinen nopeus on mitta siitä, kuinka nopeasti kohde muuttaa suuntaa tai kiertää ympyrää, sekä sen todellisen nopeuden.

Keskipisteinen kiihtyvyys on vektori, mikä tarkoittaa, että sillä on sekä suuruus että suunta. Suunta osoittaa aina sisäänpäin ympyrän keskipisteeseen, koska tämä on suunta, johon pyörivä esine aina kiihtyy. Tämä on usein hämmentävä käsite, koska pyöreällä liikkeellä oleva kohde ei näytä kiihtyvän ympyrän keskipistettä kohti. Tämä johtuu siitä, että Newtonin lakien mukaan kohteen kiihtyvyys on aina siihen suuntaan, jolla voima vaikuttaa. Jotta esine liikkuisi ympyrässä, ympyrän keskipisteestä tulee voima, joten tämä on kiihtyvyyden suunta.

Matematiikassa ympyrän kiihtyvyyden suuruus tai koko on verrannollinen kohteen nopeuteen ja sen kulmanopeuden neliöön. Kulmanopeus on nopeus, jolla kohteen kulma muuttuu. Tämä tarkoittaa, että keskipisteen kiihtyvyys kasvaa dramaattisesti kulmanopeuden kasvaessa.

Centripetaalinen kiihtyvyys liittyy läheisesti sentripetaaliseen voimaan. Newtonin lakien mukaan keskipistevoima on yhtä suuri kuin sentripetaalinen kiihtyvyys kerrottuna kohteen massalla. Toisin sanoen keskipistevoima on kokonaisvoima, joka vaikuttaa esineeseen ja saa sen liikkumaan ympyrässä.

Esimerkki ympyräliikkeestä on kuu, joka kiertää maata. Kuun kiertäessä se on maan painovoiman aiheuttaman voiman alaisena. Tämä tarkoittaa sitä, että se “putoaa” jatkuvasti kohti Maata ja sen kiihtyvyys on siten keskipisteessä kohti maapalloa, vaikka se säilyttää riittävän nopeuden pysyäkseen ympyrän kiertoradalla.