Centripetális-, fugális erő. Mikor melyiket kell használni?

Nincs olyan, hogy mikor melyiket "használjuk". A két erő különböző, mindkettő másképp jelenik meg.

A centripetális erő az az erő, ami a körpályán mozgó testet a pályáján tartja. Vagyis ha megpörgeted a parittyát, a parittya szárában ébredő húzóerő éri el, hogy a bele helyezett kavics ne repüljön el egyenesen, hanem körpályán keringjen. Bolygók esetén a gravitációs erő produkálja ezt, autó esetén a kerék és az aszfalt között ébredő súrlódási erő - nem folytatom, szerintem rájössz, miről van szó. A centripetális erő inerciarendszerben értelmezhető, a körpályán keringő testre hat, mindig a kör középpontja felé mutat, centripetális gyorsulást hoz létre és m*v^2/r képlettel számolható a nagysága, ahol m a keringő test tömege, v a kerületi sebessége, r pedig a körpálya sugara. Van neki szögsebességes képlete is, de azt mindig elfelejtem, nem szeretem a görög betűket.

A centrifugális erő egészen más: az egy ún. tehetetlenségi erő. Ha kívülről nézed a megpörgetett parittyát, nem érzékeled, nem tudod megállapítani, mi az. Ha viszont hangyává változol és ráülsz a parittyába helyezett kőre, rögtön elkezded érezni, mert majd' leesel a kőről. Vagyis inerciarendszerben nincs centrifugális erő, csak gyorsuló koordinátarendszerben létezik. Vagyis ha a körpályán keringő test a vonatkoztatási rendszered, abban van centrifugális erő. Ez az erő minden testre hat a vonatkoztatási rendszeren belül, vagyis ha kanyarodó vonaton ülsz, rád, a kalauzra, illetve a fejed fölött található csomagra is ugyanúgy fog hatni. A vágány mellett álló bakterra viszont nem hat, nem is érti, miért botladozik olyan furcsán a kalauz. A centrifugális erő mindig kifelé, a kör középpontjától elfelé hat, mértékét ugyanúgy számoljuk, mint a centrifugális erőét.

Centripetális erőt akkor "érzékelsz", ha külső szemlélőként nézel egy testet, ami egy körpályán mozog (de te magad "mozdulatlan" vagy, inerciarendszer) - ekkor a centripetális erő az, ami a testet körpályán tartja, iránya a körpálya középpontja felé mutat.

A centrifugális erő megértéséhez kezdjük egy egyszerűbb példával. Tegyük fel, hogy egy autóval felgyorsulsz 100-ra. Mit tapasztalsz a saját vonatkoztatási rendszeredben? Te magad az autóval együtt egy helyben vagy, de a környezetedben minden tárgy elkezd egy adott gyorsulással hátrafele mozogni, mintha ugyanaz az erő hatna rájuk. Ez az erő még rád is hat, hiszen az ülésbe nyom. Az autóra is hat, mert a motorja erősen dolgozik. Tehát a világon mindenre még pluszban hat egy ugyanakkora erő. Valójában ez az erő nem létezik, csak azért tapasztalod, mert te magad gyorsulsz.

Tehát, ha te magad gyorsulsz, akkor valamilyen tehetetlenségi erők hatnak a vonatkoztatási rendszeredben az egész világra.

Ugyanez történik, ha te magad egyenletes forgómozgást végzel. Ekkor a te vonatkoztatási rendszeredben, a nyugalmi helyzetben is tapasztalt erőkön kívül (pl. gravitáció) tapasztalod a centrifugális erőt és a Coriolis-erőt.

Ha forgó vonatkoztatási rendszerben vagy, és a saját helyzetedhez képest ismered egy test sebességét és annak irányát, valamint a rá ható erőket, akkor még hozzá kell számolnod a centrifugális- és a Coriolis-erőt, hogy megkapd, hogyan fog a test valójában mozogni.

(Megjegyzés: tipikus példája ennek, ha állsz a Földön, ekkor forgómozgást végzel a Föld tengelye körül. A centrifugális erő miatt a gravitációs erő minimálisan csökkenni "látszik". A Coriolis-erő hatása bonyolult, de a Földön mozgó tárgyakra gyakorolt hatása nagyságrendileg még kisebb. Másik példa a körhinta. Egy helyben ülve látod magad és a körhintát, miközben forogsz annak tengelye körül, a centrifugális erő az ülés külső oldalába présel.)