Prosżę o opublikowanie w dziale "Nauka".
Co pewien czas w tekstach w Dziale Nauka pojawia się temat siły odśrodkowej. Jeśli wynikła jakaś dyskusja, to ja starałem sie trzymać z boku. Rzecz w tym, że sprawa siły odśrodkowej od zawsze wywoływała kontrowersje. Są tacy fundamentaliści, którzy twierdzą, że siły odśrodkowej w ogóle nie ma i każdy problem fizyczny, w którym występuje ruch po zakrzywionej trajektorii, lub ruch wirowy, da sie rozwiązać bez wprowadzania pojecia siły odśrodkowej. Z drugiej strony, są miłośnicy siły odśrodkowej tak skrajni, że koniecznie chcą jej używać do rozwiązywania zagadnień, w których wprowadzanie tej siły jest nie tylko niepotrzebne, ale wręcz błędne.
Żadna z tych skrajnych postaw nie jest dobra. Pojęcie siły odśrodkowej jest bardzo przydatne przy rozpatrywaniu układów, w których ona rzeczywiscie występuje.
Zatem ja postanowiłem przedstawić tutaj kilka przypadków, w których użucie pojęcia siły odśrodkowej jest wskazane – w postaci zadań, takich, żeby miłosnicy sił odśrodkowych mogli sobie nad nimi pogłówkować i jeśli otrzymają poprawne rozwiązanie, będzie to oznaczało, że posługują się pojęciem siły odśrodkowej poprawnie.
Niniejszym więc przedstawiam ZADANIE Nr 1. W poziomym płaskim naczyniu (podobnym np. do patelni bez rączki, czy kuwety – nie musi być okrągła) znaduje się ciecz. Naczynie jest umieszczone na pionowej osi, która wiruje z prędkością kątową w (równą, przypominam, w = 2pi*f, gdzie f to licza obrotów na sekudę; użyłem literki w zamiast małej greckiej omegi, bo nie wiem, jak ją zrobić). Kiedy w układzie ustali sie równowaga, ciecz w naczyniu tworzy gładką powierzchnię o wklęsłym kształcie. Przyjmimy, że z góry, w kierunku idealnie pionowym, pada na tę powierzchnę wiązka światła o idealnie równoległych promieniach. Sytuacja ta pokazana jest schematycznie na załaczonym rysunku.
Należy pokazać, że wszystkie promienie odbite od powierzchni przecinają się w jednym punkcie leżącym na przedłużeniu osi obrotu – i należy znaleźć odległość tego punktu od najniższego punktu na powierzchni cieczy, przyjmując, że przyśpieszenie grawitacyjne wynosi g.
Zadanie można rozwiązać na kilka sposobów – ja za kilka dni podam jedno, z wykorzystaniem metody, która, jak przypuszczam, nie wszystkim tutejszym miłosnikom sił odśrodkowych jest znana – ale może być bardzo przydatna do rozwiązywania innych „odśrodkowych” zadań.
Obrazek, jakby się kto pytał, sporządziłem własnoręcznie -- czy "własnopalcownie", bo wstukałem do kompa kod w języku PostScript. Ktos powie, że masochizm -- pełna zgoda, ale ja lubię taki sposób. I dzięki temu kształt powierzchni cieczy, a także kąty odbicia promieni na obrazku są dokładnie zgodne z obliczeniami.
Uwagi: Cieczą może być rtęć, ale też zwykła woda – przy jakimkolwiek kącie padania pewna część światła ulega odbiciu od powierzchni preźroczystej cieczy, opisują to tzw. Równania Fresnela. Przy pionowym padaniu na powierzchnię stosunek natężenia wiązki odbitej do natężenia wiazki przechodzącej wynosi Rodb /Rprz = [(n – 1)/(n + 1)]2 , co dla wody wynosi ok. 2%.
Wklęsłe zwierciadła, które tworzy wirująca ciecz, można wykorzystywać do budowy teleskopów, tzw. zenitarnych, bo zawsze patzą tylko w zenit. To jest wada, oczywiście, ale zaletą jest nika cena takiego zwierciadła, tak ze 100 razy niższa, niż szlifowanego zwierciadła szklanego, a po drugie takie zwierciadło może być bardzo duże. W Kanadzie taki teleskop o średnicy 6 m zrobiono przy użyciu rtęci, działal przez kilkanaście lat, w 2019 roku go rozmontowano, ale z zamysłem zrobienia jeszcze większego. A również rzucono pomysł, by taki teleskop o średnicy 100 m umieścić na jednym z biegunów Księżyca; inni z kolei chcieliby taki teleskop, niekoniecznie tak duży, umieścić po niewidocznej stronie Księżyca, żeby skutecznie osłonić go od elektromagnetycznego śmiecia produkowanego w wielkiej obfitości na Ziemi.
