Keskipakoisvoima

Keskipakoisvoima eli keskipakovoima on näennäisvoima, joka ilmenee tietyissä epäinertiaalisissa koordinaatistoissa, esimerkiksi pyörivässä koordinaatistossa. Se ei siis ole todellinen voima vaan johtuu tarkastelijan kiihtyvästä liiketilasta.^{selvennälähde?}

Keskipakovoimasta puhutaan usein pyörimis- ja ympyräliikkeen yhteydessä. Sillä tarkoitetaan esimerkiksi tilannetta, jossa nopeasti pyörivässä karusellissa istuvat ihmiset kokevat painuvansa karusellin ulkokehää kohti. Tällöin harhaanjohtavasti ajatellaan voiman kohdistuvan ympyräliikkeen keskipisteestä poispäin. Todellisuudessa aistittava paine johtuu Newtonin jatkuvuuden laista sekä karusellin tuolin, seinän tai muun vastaavan tukevan pinnan tukivoimasta.

Tämä johtuu siitä, että karusellissa istuva henkilö pyrkii klassisen mekaniikan lakien mukaisesti jatkamaan matkaa suoraan eteenpäin karusellin poikkeuttaessa henkilön kulkurataa. Nopeuden suunnan muuttaminen vaatii voiman samalla tavalla kuin työntäminen, vetäminen tai kiihtyvyys. Itse asiassa karusellissa istuva ihminen kokee voiman vaikutuksen siksi, koska karuselli kääntää henkilöä jatkuvasti tiettyyn suuntaan, jolloin siis istujan keskeiskiihtyvyysvektori osoittaa ympyräradan keskipisteeseen. Esimerkkihenkilön lopullinen liikerata kaartuu näin ollen ympyräradaksi, ellei tilanteessa vaikuta muita voimia.

Kappaleeseen kohdistuva keskipakoisvoima F_c on suuruudeltaan

$F_c=mv^2/r\$,

missä m on kappaleen massa, v on kehänopeus ja r on kiertoradan säde.

Keskipakoisvoima voidaan esittää myös muodossa

$F_c=m \omega^2r\$,

missä ω on pyörimisliikkeen kulmanopeus.

Edellisen yhtälön avulla voidaan laskea, sijoittamalla siihen maan pyörähdysaika 23,9 tuntia, ja maan säde 6378 km, että keskipakoisvoima heikentää päiväntasaajalla 0,03 m/s² maan painovoiman aiheuttamaa kiihtyvyyttä.

Keskipakoisvoiman $F_c=m \omega^2r$ voi arjessa tuntea esim. karusellissa, tai vaikkapa ajoneuvolla kurvissa ajattaessa: Jos jokin tietty karusellin tai ajoneuvon nopeus aiheuttaa sinulle keskipakoisvoiman (eli karusellista tai tieltä ulos kurvista ulos vetävän voiman) arvoltaan 1, niin 2 kertaa suurempi karusellin tai ajoneuvon vauhti samassa karusellissa tai kurvissa (r on vakio) aiheuttaa 4 kertaa suuremman keskipakoisvoiman (sillä 2·2 = 4), 3 kertaa suurempi vauhti samassa kaaressa aiheuttaa 9 kertaa suuremman keskipakoisvoiman (sillä 3·3 = 9), jne.

Katso myös

• Sentrifugi
• Keskihakuvoima
• Keskeisvoima