Keskustelu:Keskipakoisvoima

Tein artikkelin alkuun isoja muutoksia. Kirjoitin alkumääritelmän käytännössä uudestaan. Perusteluna isoihin muutoksiin on se, että keskipakovoima on käsitteenä monille ihmisille tuttu, mutta valitettavasti käsitteeseen liittyy paljon virhekäsityksiä. Artikkelin alkuosa oli kirjoitettu niin teknisesti, että vähemmän teknisen yleisön oli vaikea ymmärtää sitä (ensimmäisessä määrittelylauseessa puhuttiin epäinertiaalisesta koordinaatistosta). Käsittääkseni periaatteena on, että artikkelin alkuosa olisi kirjoitettu niin, että mahdollisimman moni ymmärtäisi sen. Alkuosaa oli myös pyydetty muokattavaksi. Annoin tägin olla vielä. Pyydän arvioimaan uudelleenkirjoitusyritystäni. Muuttuiko se yhtään ymmärrettämmäksi? Onko tämä lähestymistapa hyvä? Mielessä on myös selventävä kuva, jolla asiaa voisi tehdä paremmin ymmärrettäväksi.

Olen esittänyt artikkelin loppuosaa korjattavaksi. Oikeastaan olen sitä mieltä, että keskipakovoiman "kaavat" pitäisi poistaa artikkelista. Koska kyseessä ei ole oikea voima, ei ole järkevää esittää myöskään voiman kaavoja. En vielä poistanut, vaan odotan artikkeliin myös muiden kontribuutioita. Keskustelu aiheesta on tarpeellista. Tämä on kaikkinensa sellainen aihe, josta olisi tärkeää tehdä pitkällä tähtäimellä laadukas artikkeli. J-p-fm (keskustelu) 10. tammikuuta 2014 kello 01.22 (EET)

Fysiikasta yms mitään ymmärtämättömänä kommentoisin tuohon, että kyllähän tuo alku on nyt paljon aikaisempaa ymmärrettävämpi. Tosin aika moneen kertaan joutui vieläkin lukemaan ennen kuin asia rupesi hahmottumaan. Siinä voisi auttaa ihan sekin, jos yrittäisi kapulakielisyyttä vähentämällä saada virkkeitä vähän lyhyemmiksi. Minä en viitsi mennä näpelöimään mitään, kun en itse aiheesta mitään älyä, mutta tarkoitan esim. tyyliin "on seurauksena kappaleen etääntyminen" -> "kappale etääntyy". Ja jokin selventävä kuva olisi kyllä tosiaan mukava. Makevonlake (keskustelu) 6. helmikuuta 2014 kello 21.24 (EET)

Artikkeli on hyvä. Jättäisin kaavat siihen. Mielestäni epäinertiaalisessa koordinaatistossa keskipakoisvoima on todellinen voima. Koska tämä pallo pyörii, normaalisti käyttämämme koordinaatisto on epäinertiaalinen. Siksi vaaka näyttää päiväntasaajalla vähemmän kuin navoilla. Ero on ihan todellinen vaikkei suuri. Kilon punnus painaa päiväntasaajalla hieman vähemmän kuin navoilla. Jkn2 (keskustelu) 2. joulukuuta 2014 kello 12.55 (EET)

Korjasin kappaleen Laskeminen luettavammaksi, mutta jäin miettimään loppuosaa. Hieman hämmentää puhe pyörähdysajan sijoittamisesta kaavaan, vaikka kaavoissa ei ko. suuretta esiinny sellaisenaan. Toki kyseinen suure on johdettavissa kulmanopeudesta, mutta en olisi niinkään varma, että enemmistö lukijoista "näkee" tämän yhteyden yhtä suoraviivaisesti kuin se artikkelissa on ilmaistu. Jätin pois esimerkin autolla kaarteeseen ajamisesta, koska se sotki tekstin rakennetta ollessaan päällekäin karuselliesimerkin kanssa. Lisäksi autoillessa harvoin kääntymissäde on vakio. Toisaalta epäilen, onko karuselliesimerkissäkään mitään ideaa: eihän karusellin matkustaja lähtökohtaisesti tiedä lainkaan karusellin pyörimisnopeutta tai edes kokemansa keskipakovoiman suuruutta niin tarkasti, että siitä olisi jotain iloa laskukaavoissa. Ehkä se autoiluesimerkki olisi ollut parempi valinta säilytettäväksi, mutta minun puolestani voi poistaa vaikka molemmat. Oientaja (keskustelu) 26. tammikuuta 2016 kello 00.43 (EET)

Vaatisin ensin osoittamaan, että kappaleen hitaus ei aiheudu vuorovaikutuksesta. Itse en näe miten aineellisen kappaleen hitaus olisi mahdollinen ilman jonkin tyyppistä ulkoista vuorovaikutusta eli hitauden aiheuttajaa.

Joitakin asioita uudelleen mietittäväksi

""tarvitaan liikkeen ylläpitämiseen keskihakuvoima""

Kappaleen liikkeen säilyminen johtuu liikkuvan kappaleen massan hitaudesta. F=ma.

Silti on mahdollista puhua "keskihakuvoimasta", joka on vastakkaissuuntainen kuin keskipakoisvoima ja itseisarvoltaan saman suuruinen.

Radan (eikä liikkeen) säilyminen johtuu keskihakuvoimasta.

Otetaan esimerkki: Geostaattinen satelliitti. Päiväntasaajan yllä on joukko satelliitteja, jotka maasta katsottuna pysyvät paikallaan. Keskipakoisvoima on juuri se Newtonin mekaniikan ilmaisema ulospäin vaikuttava voima, keskihakuvoima puolestaan on massojen välinen vetovoima. Voimat ovat yhtä suuria tietyllä etäisyydellä eli 42164 km maan keskipisteestä. Keskihakuvoima eli massojen välinen vetovoima ei ylläpidä liikettä vaan sen rataa. Liikkuvan kappaleen massan hitaus ylläpitää liikettä. Keskipakoisvoima _on_ aivan todellinen voima, ei mikään "pseudovoima" ja saman suuruinen kuin tukivoima eli keskihakuvoima.

Pyörivässä liikkeessä keskipakoisvoima ja keskihakuvoima (eli tukivoima) ovat saman suuruisia.

Voidaan toki kuvitella tilanne, jolloin myös liikettä ylläpitävää voimaa näytettäisiin tuotavan keskihakuvoiman kautta. Tuollainen tilanne voidaan ajatella esimerkiksi moukarin pyörittämisessä, jolloin ratanopeutta kiihdyttävä voima tuodaan kettingin kautta. Lähemmin tarkasteltuna kyseessä ei siinäkään ole liikkeen ylläpitäminen keskihakuvoiman avulla vaan pyörittäjä tuo mukaan massan liikeradan suuntaisen voimakomponentin vetämällä keskipisteestä poikkeavaan suuntaan, joka kiihdyttää liikettä. Huomaa, että keskihakuvoima osoittaa radan keskipisteeseen. Sillä itsellään ei ole radan suuntaista voimakomponenttia. Keskipako- ja keskihakuvoiman osuus on vain ylläpitää rataa kyseisellä kehänopeudella. Tämä kaikki pätee luonnollisesti myös artikkelin esimerkkeihin kappaleen muodonmuutoksista.

"" Koska ilmiön syynä ei ole mikään vuorovaikutus...""

Pyörivässä liikkeessä kyseessähän on aivan selkeä kahden voiman vuorovaikutus:

[Keskipakovoima] = [Keskihakuvoima]

,joka säilyttää liikeradan mutta ei ylläpidä liikettä.

Ajaaskel (keskustelu) 21. elokuuta 2017 kello 11.49 (EEST)

Poimin yltä yhden asian kommentoitavaksi: "aivan todellinen voima, ei mikään pseudovoima". Näennäisvoima ei ole mikään haukkumasana, vaan täsmällinen fysikaalinen termi, ja keskipakoisvoima nimenomaan on näennäisvoima ("epäinertiaalisesta koordinaatistosta johtuva, inertiaalisessa koordinaatistossa katoava voima"). Jos tarkastelet vaikka geostationaarisen satelliitin rataa inertiaalikoordinaatistossa, niin mitään keskipakoisvoimaa ei ole, on kyllä keskihakuisvoima (painovoima), joka saa aikaan kiihtyvyyden keskipistettä kohti ja siksi rata kaartuu. Toisaalta jos tarkastelet samaa tilannetta epäinertaalisessa pyörivässä koordinaatistossa, niin juu silloin on se keskipakoisvoima. --Jmk (keskustelu) 21. elokuuta 2017 kello 12.31 (EEST)

Terminologia ei nyt ollut se oleellisin seikka. Kommentoin pseudovoimaa vain siksi, että se antaa kuvan kuin tuo voima ei vaikuttaisi lainkaan eikä minnekään eli sen voisi jättää huomiotta. Näin ei käytännössä kuitenkaan ole.

Esität, että kyseessä olisi vain yksi voima, keskihakuvoima.

Oletetaanpa, että tilanne olisi näin. Mitä tuolloin tapahtuisi? Moukaria pyöritettäessä se hakeutuisikin pyörityksen keskipisteeseen pyörittäjän päälle keskihakuvoiman vaikutuksesta, koska mikään vastavoima (keskipakoisvoima) ei estäisi tuota. Samoin karusellissa ihmiset lentäisivätkin keskelle päin eikä ulospäin pelkän keskihakuvoiman vaikutuksesta.

Keskipakoisvoiman ja keskihakuvoiman samansuuruisuus juuri pitää sekä moukarin että karusellin ihmiset ympyräradalla.

Massan suoran liikeradan poikkeuttamiseen tarvitaan voimaa. Huomiotta ei saa kuitenkaan jättää, että sekä poikkeutettavaan kappaleeseen että poikkeuttajaan kohdistuu saman suuruinen vastakkaissuuntainen voima. Tuossa karusellin kyydissä ihmiset kohdistavat karuselliin ulos suuntautuvan voiman, jonka karusellin pitää tietysti kestää nimenomaan _tuohon_suuntaan_ eli ulospäin ja karuselli antaa saman suuruisen tukivoiman ihmisille.

Tätä voimien dualismia voisi jatkaa vaikka miten monella käytännön esimerkillä. Kannat 5 kilon kauppakassia, kätesi kannattaa kassia 5 kg voimalla ylöspäin mutta samalla kassi rasittaa kättäsi tasan tuolla samalla voimalla alaspäin.

Pitääksemme asian selkeänä ja useimmille ymmärrettävänä lienee toivottavaa, että keskusteluun ei tuoda erilaisia koordinaatistoja tässä yhteydessä.

Ajaaskel (keskustelu) 21. elokuuta 2017 kello 15.50 (EEST)

Nyt on yllä kirjoittajalla valitettavasti niin sekaisin mekaniikan alkeet, ettei oikein kannattaisi paljon kommentoida. Yritän kuitenkin hiukan selittää, jos vaikka jotain valkenisi. Tarkastellaan moukarinpyöritystä inertiaalikoordinaatistossa, niin että moukariin vaikuttaa vain yksi voima (keskihakuisvoima), ilman mitään vastavoimia. Ihan Newtonin alkeismekaniikalla tulokseksi tulee, että voima aiheuttaa keskipistettä kohti kiihtyvyyden. Tästä ei luonnollisestikaan seuraa, että moukari joutuisi keskipisteeseen. Kas kun moukarilla on se nopeutensa. Kun laskee radan (pientä differentiaaliyhtälön ratkaisemista tarvitaan), niin ympyräliikehän siitä tulee. Tämä löytyy jollain tasolla ihan lukion fysiikan kirjoista, joten ei tarvitse keksiä pyörää uudelleen. – Jos moukariin kohdistuisikin kaksi toisensa kumoavaa voimaa, silloinhan resultantti olisi nolla, ja Newtonin lakien mukaisesti moukari jatkaisi liikettään suoraan. --Jmk (keskustelu) 21. elokuuta 2017 kello 16.05 (EEST)

Jätän kommentoimatta henkilöön kohdistuneen arvostelun. Asiaan, ympyrähän siitä radasta tulee, mutta suljet samalla tuossa oleellisen seikan tehtäväasettelun ulkopuolelle. Se että kappaleeseen kohdistetaan tuo voima ulkoapäin. Tehdään pieni ajatuskoe asian havainnollistamiseksi: Ajatellaan, että voisit olla itse työntämässä kappaletta sinne keskipistettä kohti jatkuvasti. Minkä voiman kokisit? Kokisit juuri sen massan hitaudesta johtuvan ulospäin vaikuttavan keskipakoisvoiman, et mitään voimaa joka hakisi sitä kappaletta sinne keskelle päin sinun puolestasi.

Käytännön sovelluksista edes keskipakoispumppu ei voisi toimia, jos jo tehtäväasettelussa rajataan ulkopuolelle oleellinen asia.

Samoin voimme myös olla satavarmoja ilman enempiä teoriaperusteluja enää, että esimerkiksi pesukoneen rumpuun kohdistuu lingottaessa ulospäin vaikuttava voima, joka pyrkii taivuttamaan rumpua ulospäin.

Yksinkertaisen asian numeeriseen laskentaan ja havainnollistamiseen ei tarvita inertiaalikoordinaatistoa eikä differentiaalilaskentaa. En tietenkään estele, jos joku haluaa niin tehdä ja pystyy tekemään sen havainnollisuuden kärsimättä ja mieluummin ymmärtää myös käytännön kannalta mitä on laskenut. --Ajaaskel (keskustelu) 21. elokuuta 2017 kello 20.16 (EEST)

Valaisen vielä hieman asiaa, miksi puhuminen sekä keskipakoisvoimasta että keskihakuvoimasta ei ole ristiriitaista vaan toisiaan täydentävää ja perusteltua. Jos tarkastelemme moukarin pyöritystä vain itse moukarin kuulan kannalta, niin tuohon kuulaan vaikuttaa keskihakuvoima joka poikkeuttaa kuulaa jatkuvasti suoralta linjalta keskipistettä kohta. Mistä tuo voima tulee? Moukarin pyörittäjän käteen kohdistuu tuon voiman pari, joka osoittaa keskipisteestä ulospäin ja jota aivan erinomaisesti voidaan suuntansa vuoksi kutsua keskipakoisvoimaksi (keskihakuvoiman voimaparina). Kiinnipitopisteessä vaikuttaa jälleen voimapari, keskipakoisvoima vetää ulospäin ja käsi antaa saman suuruisen tukivoiman. Toinen esimerkki, auto kaarteessa. Jälleen riippuu siitä, kumman kappaleen kannalta tarkastelemme voimapareja. Auton kannalta autoon kohdistuu keskihakuvoima, joka osoittaa kaarteen sisälle. Tien pintaan kohdistuu voimaparina auton aiheuttama keskipakoisvoima, jonka suunta on kaarteesta ulospäin. Keskipakoisvoima ja keskihakuvoima voidaan siis käsittää Newtonin 3. lain mukaisina voimapareina. Käsitteet täydentävät toisiaan, ne eivät ole ristiriidassa keskenään. Keskipakoisvoima on edelleen käsitteenä hyödyllinen. Samoin sen laskemisessa käytetyt kaavat. Toivottavaa olisi, että keskustelu säilyisi asiallisena näistä eikä menisi riidaksi "keskipakoisvoima, eipäs kun keskihakuvoima" tai jopa pyrkimyksiin kieltää keskipakoisvoima kokonaan.

Ajaaskel (keskustelu) 23. elokuuta 2017 kello 11.04 (EEST)

Ympyräliikkeen terminologia on horjuvaa, mutta tässä on termit selvästi menneet sekaisin verrattuna fysiikkaan - sen tieteellisiin nykytermeihin. Vaikka termit keskipakovoima / keskihakuvoima vaikuttaisivat sanallisesti olevan jotenkin pari, ne ovat eri koordinaatistojen termejä. Toinen koordinaatisto on pyöritettävän kappaleen tarkastelunäkökulma ja toinen pyörittäjän tarkastelunäkökulma. Epäinertiaalikoordinaatisto on hieman hankala käsittelynäkökulma ja siksi sitä kait vältetään perusopetuksessa - siis vältetään myös siihen liittyvää keskipakovoima-käsitettäkin. Katso esim. kohta "Johdatus näennäisvoimiin" Opetus-tv:n sivulta "Pistemäisen kappaleen dynamiikkaa": https://opetus.tv/fysiikka/mekaniikka/pistemaisen-kappaleen-dynamiikkaa/ --Aulis Eskola (keskustelu) 23. elokuuta 2017 kello 12.16 (EEST)

Termistä keskipakovoima vielä: Keskipakovoima on "kielletty termi" pyöritettävän kappaleen kannalta asiaa tarkasteltaessa - inertiaalisessa koordinaatistossa se katoaa, sitä ei ole. Silloin löytyy liikerataa poikkeuttava keskihakuvoima. --Aulis Eskola (keskustelu) 23. elokuuta 2017 kello 12.28 (EEST)