Fiktivkraften. Notat.

Man kan bli ferdig med sentrifugalkraft/fiktivkraft-problematikken ved å si at ballen som slynges ut av karusellen p.g.av den fiktive sentrifugalkraft kan forsynes med en motkraft, nemlig en sentripetalkraft som trekker ballen inn mot senteret. Da kan sentrifugalkraften være alt fra en fiktiv kraft uten motkraft til en (ikke så fiktiv) sentrifugalkraft med full motkraft. I det siste tilfellet vil Newtons lov gjelde. (bortsett fra coriolis effekten som kompliserer)

Spørsmålet er om en har en 100% fiktiv sentrifugalkraft   som ved passe valg av sentripetal motkraft blir en fiktiv Sentrifugalkraft hvor Newtons lover gjelder, sett fra karusellen.

Hva som fysisk skjer er greit, men definisjonene er stadig litt uklare.

 

Fiktiv kraft

 

Vi vet alle  at en frittliggende ball triller fremover i et tog når det bremser. Det ser ut for passasjerene som om ballen påvirkes av en kraft som aksellererer  ballens bevegelse fremover.  Sannheten er at ballen beveger seg som den har gjort hele tiden, mens tog og passasjerer retarderer (eller bremser). Fra perrongen utenfor toget  ser man at ballen fortsetter i samme fart i en rett bane.  

Her sier man at ballen sett fra det bremsende referansesystemet (toget) blir utsatt for en fiktiv kraft.

 Hvis den samme ballen slippes løs fra en  rotasjonsbevegelse på en karusell, så vil den trille ut mot kanten av karusellen. Det ser ut for karusellfarerne  som den påvirkes av en kraft som aksellererer ballen vekk fra  karusellens senter.  Her er sannheten at ballen fortsetter  i samme  retning og fart som den hadde da den ble sluppet, mens de på karusellen aksellererer mot senter av karusellen.

Her sier man at ballen sett fra det aksellererte referansesystemet som karusellen er, blir utsatt for en fiktiv kraft.

 At ballen utsettes for en fiktiv kraft  når den triller fritt er til å forstå.  Det store spørsmålet er hva kraften mellom hånden og ballen som holdes stille heter, både i tog og karusell-situasjonen? Da har vi en kraft som kan måles av den som holder ballen (eller føles).

 Sett utenfra ser man da at ballen bremses eller aksellererer  på samme måte som resten av toget eller resten av karusellen.

 Spørsmålet er hva kreftene på ballen heter i de forskjellige situasjonene som jeg har beskrevet her?

 

 

 

 

 

 

Fiktivkraftmåler

 

 

(Se skisse under) 

Etter endel fundering er jeg kommet frem til følgende forklaring på fenomenet ”Fiktiv kraft”.  Jeg vet at fenomenet volder endel problemer, og at det er uenigheter om dette.  Det følgende er et forsøk på en beskrivelse jeg selv kan forstå, uten matematikk eller uforklarte fremmedord.

 Jeg lagde en tenkt modell hvor jeg hengte opp en kule i et tog som hadde en jevn bevegelse , i rett linje  og i svinger,  også bakker. Det har også tyngdekraft. Hvis en fester kulen med seks strikker  med justerbar kraft, så vil en kunne justere kulen til midten av systemet. Da har man et system hvor kulen gir inntrykk av vektløshet (som i romskip).  Hvis man påfører kulen en kraft, vil den oppføre seg som om den var i et romskip. Jeg tror dette er poenget med fiktiv kraft, at man skal skape et miljø hvor Newtons lover gjelder. Med Newtons lover mener jeg å si at kulens bevegelser kan beskrives med enkle fysikklover.

 La oss ta noen detaljer. Ved starten når toget går rettlinjet og jevnt, er det bare gravitasjonen som må kompenseres. Strikken må dra oppover, altså kunne  kraften nedover (tyngdekraften) være  en fiktiv kraft. Det er den ikke, men  togets  aksellerasjon oppover (en bakke) vil gi en fiktiv kraft i samme retning som gravitasjonen.

 Det neste er at toget bremser. Da prøver kula å bevege seg forover i toget, og vi må  øke kraften på strikken bakover i toget, altså utsettes kula for en fiktiv kraft forover.

 Tilsvarende hvis toget aksellererer, vi får fiktiv kraft på kula  bakover i toget. Vi må  øke kraften på strikken forover i toget, altså utsettes kula for en fiktiv kraft bakover.

 I svinger vil vi måtte justere strikkene i svingretning. I en høyresving vil høyre strikk måtte strammes og vi får en fiktiv kraft mot venstre, (sentrifugalkraft?).

Legg merke til at aksellerasjon og bremsing gir krefter av fiktiv karakter som vi intuitivt kan akseptere som fiktive krefter, mens rotasjonskrefter  og tyngdekraft blir  mere diskutable. Eller de diskuteres....

 Fiktivbegrepet kanskje ikke en beskrivelse av kraftens karakter, men et klarsignal om å kunne bruke Newtons lover i systemet fordi alle andre krefter er kompensert for.

 Corioliseffekten er utelatt her. Det er komplisert nok som det er.

Krefter som oppstår på et tog som forandrer fart eller retning. Gjelder bare i startpunktet, når strikkene strammer seg, blir kreftene reelle (og etterhvert null) sett fra toget. Strengt tatt kunne kula bare henges i en strikk.

Dette med fiktiv kraft krever konsentrasjon og presisjon. Dessuten krever det en presis definisjon.

Ovenstående skisse gjelder bare i det korte øyeblik da kula starter bevegelsen. Det er da den "svever" fritt. Hvis strikkene fikk stabilisert seg i en sving og stoppet kulas bevegelse utover i svingen, hva heter da den kraften som virker på strikken?  Sentrifugalkraft???

Fiktivitet.En hodepine for mange.

Hvis matpakken som ligger på togkupebordet seiler ned på gulvet i en krapp kurve, så er den utsatt for en sentrifugalkraft. Dette er en fiktiv kraft fordi det ikke er en kraft som virker på matpakken. Den bare fortsetter i sin rette bane. Uheldigvis for matpakken velger altså toget en ny retning. Dette har jeg fra et stykke Helmuth Ormestad skrev i Store Norske leksikon.

Men så enkelt er det ikke. Det er mye debatt og uenighet om fenomenet og tydelig flere forståelser i lærebøkene. Det er også en tendens til å forklare tingene fra forskjellige "referansesystemer".  Dette kan nok stemme ut fra en vitenskapelig terminologi, men er vanskelig for legfolk å følge med på.

Jeg hørte fra en professor at dette med fiktiv kraft og navnene på disse er bestemt ved en konvensjon. Det betyr at en forsamling har bestemt at sånn er det. Men jeg fikk ingen kilde hverken til konvensjonsgruppen eller det de hadde bestemt.

Matpakken kan også falle på gulvet på grunn av bremsing eller aksellerasjon. Trolig fiktive krefter det også. Kanskje unødvendig med navn på disse kreftene? Men sentrifugalkraften hadde vi som barn et klart forhold til, selv om vi brukte et feil navn.

Derfor er bildet under, et skriftstykke (trolig av Trygve Holtebekk) fra Ascehougs konversasjonsleksikon, interessant å lese fordi det understreker at det har vært misforståelser om dette med sentrifugalkraft i lang tid. Det er ikke utenkelig at også dagens studenter kan ha litt vranglære som kan volde problemer for dem? Og professorene, skjønner de det? Kan de forklare det?

Uansett faller matpakken på gulvet, kanskje spredd med smørsiden ned!   Da er det bare ett ord som gjelder!

Om sentrifugalkraften, Aschehougs Konversesjonsleksikon. (Hvorfor heter det konversasjonsleksikon? Hvis en slår opp noe så har man facit og all konversasjon stopper. Ikke lenger noe å snakke om.)