Setrvačná odstředivá síla

Neinerciální vztažnou soustavu tvoří také soustava, která se vzhledem k inerciální vztažné soustavě otáčí. A je jedno otáčí-li se rovnoměrným pohybem či nikoliv. V každém případě se bude pohybovat se zrychlením. (Pokud se bude otáčet rovnoměrným pohybem, bude se pohybovat se zrychlením dostředivým. V případě, že se bude pohybovat pohybem zrychleným, přidá se k danému dostředivému zrychlení i zrychlení tečné.)

Na kolotoči, jehož sedačky jsou upevněné na pružině k ose rotace, sedí na jedné sedačce Jarda. Vedle kolotoče stojí jeho maminka. Kolotoč se otáčí konstantní úhlovou rychlostí o velikosti . (Opět nám půjde o vyšetřování sil ve směru vodorovném. Nebudeme tedy do úvah o silách působících na sedačku s Jardou zahrnovat sílu tíhovou.)

Z hlediska maminky působí na sedačku s Jardou dostředivá síla (Jarda se na sedačce pohybuje po kružnici) o velikosti (r je vzdálenost sedačky s Jardou od osy rotace resp. středu otáčení), jejíž velikost lze určit například pomocí protažení pružiny, na níž je sedačka s Jardou umístěna. Maminka tedy tvoří inerciální vztažnou soustavu (viz obr. 54).

Zajímavější bude situace z hlediska Jardy (neinerciální vztažná soustava). Tuto situaci lze sledovat na obr. 55. Jarda sedící na sedačce je vzhledem ke kolotoči v klidu. Přitom se ale pohybuje po kružnici - tj. působí na něj síla dostředivá. Má-li být Jarda v klidu, musí být výslednice sil působící na sedačku s Jardou nulová. Proto na sedačku s Jardou působí ještě nějaká síla, která má stejnou velikost jako síla dostředivá, ale opačný směr. A přitom nemá svůj původ v silovém působení ostatních těles. Jedná se o setrvačnou odstředivou sílu, která má velikost a míří od středu otáčení.

Aby nedošlo k omylu (který je rozebrán na konci tohoto odstavce) používám název „setrvačná odstředivá síla“ a ne jen „odstředivá síla“.

Pozor na jednu častou chybu:

Síla setrvačná odstředivá není reakční silou k síle dostředivé.

Z hlediska Jardy se přeci obě síly ve svém působení vykompenzovaly, což se u akce a reakce stát nemůže. Akce a reakce totiž působí každá na jiné těleso, zatímco síla dostředivá i setrvačná odstředivá působí na totéž těleso (na sedačku s Jardou).

Působí-li na těleso na sedačce kolotoče dostředivá síla, která je způsobená tlakovou silou sedačky, působí stejně velkou opačně orientovanou silou také těleso na sedačku. Ale toto není setrvačná odstředivá síla! Setrvačná odstředivá síla působí na stejné těleso, na které působí dostředivá síla. Reakční síla k síle dostředivé je síla, kterou působí těleso na sedačce na tuto sedačku. A proto jí nelze se silou dostředivou skládat - každá působí na jiné těleso. Právě popsaná síla (reakce k dostředivé síle) se ve většině fyzikálních textů neuvádí.

Obr. 54	Obr. 55

Pokud se pružina přetrhne, bude maminka (inerciální vztažná soustava) pozorovat, že na sedačku už nepůsobí žádná síla. V důsledku toho se bude sedačka pohybovat rovnoměrným přímočarým pohybem ve směru tečny k trajektorii v místě, kde byla sedačka uvolněna.

Jarda bude tutéž situaci vnímat trochu jinak. V okamžiku přetržení pružiny na něj přestane působit dostředivá síla. Sedačka se bude pohybovat dále tak, že se vzdálí od osy otáčení. Tím, že se dostane dále od osy otáčení musí se zvýšit velikost její obvodové rychlosti odpovídající dané vzdálenosti od osy otáčení. Na sedačku ale přitom nepůsobí žádná reálná síla! Abychom v tomto případě vysvětlili nárůst velikosti rychlosti, je nutné zavést další zdánlivou sílu: Coriolisovu sílu.