Jabarkan Kelebihan bingkai putaran dari Daya emparan dalam bahasa melayu

Bingkai rujukan putaran boleh memiliki kelebihan berbanding bingkai rujukan inert. Kadang kala pengiraan adalah lebih mudah (contohnya kitaran inert), dan kadangkala idea spontan menyamai lebih dekat berbanding bingkai putaran (contohnya mendapan dalam emparan). Dengan menggangap segi pecutan tambahan akibat puratan oleh bingkai sebagai satu daya, menolaknya dari daya fizikal, ia adalah mungkin bagi melayan hasilan kali kedua kedudukan (berbanding bingkai putaran) seolah-olah ia adalah pecutan mutlak. Dengan itu menganalisa menggunakan hukum Newton boleh berlangsung seolah-olah bingkai rujukan adalah kaku, asalkan istilah daya rekaan di masukkan dalam jumlah keseluruhan daya.

Sebagai contoh, daya emparan digunakan dalam buku panduan juruterbang FAA bagi menggambarkan lencongan. Contoh lain ialah sistem seperti planet, emparan, karousel, pusingan kereta, timba berputar, dan putaran stesyen angkasa.

Berkenaan kelebihan bingkai berputar dari sudut pandangan meteorologi, Ryder berkata:

Daya emparan dan putaran mutlak

Bolehkan putaran mutlak dikesan? Dalam kata lain, bolehkah seseorang memutuskan sama ada objek dilihat berputar atau anda, pemerhati yang berputar?

Newton mencadangkan dua ujikaji yang mampu menyelesaikan masaalah ini. Satu ialah kesan daya emparan pada bentuk permukaan air berputar dalam timba. Newton mencadangkan bahawa bentuk permukaan air menunjukkan kehadiran atau ketiadaan putaran mutlak berbanding bintang tetap: permukaan cembung menunjukkan putaran air. Newton turut mencadangkan ujian lain bagi tujuan ini dengan menggunakan ketegangan pada tali menyambung dua sfera berputar sekitar pusat graviti mereka: ketegangan bukan sifar pada tali menunjukkan putaran sphera.

Kecekungan permukaan air berputar dalam baldi boleh dijelaskan dengan cara anggaran mudah dengan menggunakan konsep potensi tenaga, digambarkan berikut. Pendekatan alternative dijumpai pada penegasan Bucket (“Bucket argument”).

Dalam bingkai rujukan putaran sekata pada kadar bersudut daya emparan ciptaan kini merupakan daya penyimpan (“conservative force”) dan memiliki potensi tenaga bentuk itu:

iaitu r merupakan ukur lilit dari paksi putaran. Keputusan ini boleh disahkan dengan mengambil kecerunan potensi bagi mendapatkan daya memancar keluar:

Erti tenaga potensi ialah pergerakan jisim yang diuji dari ukurlilit besar kepada ukurlilit kecil membabitkan kerja Mekanikal berbanding daya emparan.

Daya keupayaan berguna, contohnya, bagi memahami kecekungan permukaan air dalam baldi berputar. Perhatikan bahawa keseimbangan mekanikal (“Mechanical equilibrium” permukaan mengambil bentuk yang menjadikan unsure isipadu pada sarang kedudukan pada permukaannya memiliki potensi tenaga yang sama di semua tempat. Dengan itu, tiada unsure air pada permukaan mempunyai kecenderungan bagi berpindah kedudukan, kerana semua kedudukan mempunyai tenaga yang seimbang. Dengan itu keseimbangan dicapai. Sebaliknya, jika terdapat kawasan permukaan tenaga lebih rendah, air yang menduduki kawasan permukaan dengan tenaga potensi lebih tinggi akan bergerak bagi menduduki kawasan tenaga lebih rendah, disebabkan tiada halangan pada pergerakan mendatar pada cecair sempurna.

Kita mungkin membayangkan dengan sengaja mengganggu keadaan keseimbangan ini dengan apa cara juga, menukar bentuk permukaan air seketika untuk mengubahnya dari bentuk permukaan tenaga seimbang. Perubahan bentuk ini tidak akan stabil dan air tidak akan kekal dalam bentuk yang dihasilkan secara tiruan, tetapi akan melalui banyak bentuk cubaan perantaraan sehingga daya seretan tidak ideal diperkenalkan oleh olengan, samaada terhadap sisi baldi atau oleh bentuk semulajadi tidak ideal cecair, menghentikan olengan dan air tenang kembali kepada keadaan bentuk seimbang.

Untuk melihat prinsip permukaan tenaga sekata bertindak, bayangkan peningkatan kadar putaran dalam baldi dari sifar dalam peningkatan perlahan. Permukaan air adalah rata pada mulanya, dan jelas merupakan permukaan bagi tenaga potensi kerana semua titik pada permukaan adalah sama ketinggian dalam medan graviti yang bertindak pada air. Bagaimanapun, pada putaran kadar bersudut kecil unsure bagi permukaan air mampu mencapai tenaga potensi lebih rendah dengan bergerak keluar di bawah pengaruh daya memusat. Disebabkan air tidak boleh dipadatkan dan mesti kekal dalam kekangan baldi, pergerakan keluar meningkat kedalaman air pada ukur lilit lebih besar, juga meningkatkan ketinggian permukaan air pada ukur lilit lebih besar, dan merendahkannya pada ukurlilit lebih kecil. Permukaan air menjadi cekung sedikit, dengan akibat potensi tenaga air pada ukur lilit lebih besar meningkat hasil kerja yang dilakukan menentang graviti bagi mencecah lebih ketinggian. Ketika ketinggian air meningkat, pergerakan kearah sisi (“periphery” tidak lagi menguntungkan, kerana pengurangan pada potensi tenaga akibat pergerakan daya memusat diimbangi oleh peningkatan tenaga bertindak bagi melawan graviti. Dengan itu, pada kadar bersudut yang diberikan bagi putaran, permukaan cembung mewakili keadaan stabil, dan semakin pantas putaran, lebih cembung permukaan ini terbentuk. Jika putaran ini dihentikan, tenaga yang disimpan dalam bentuk permukaan cembung perlu disebarkan, sebagai contoh melalui geseran, sebelum permukaan rata seimbang dikembalikan.

Bagi melaksanakan permukaan potensi tenaga secara kuantitif, anggap ketinggian air sebagai : dengan itu potensi tenaga per jisim unit menyumbang kepada graviti sebagai  dan potensi tenaga keseluruhan per jisim unit pada permukaan ialah

Dengan  aras tenaga latar bebas sabagai r. (Nota: formula ini bagi potensi tenaga bagi air menganggap air berputar sama dengan bingkai rujukan. Jika, sebagaimana dalam kes, air tidak berputar pada kadar yang serupa dengan bingkai, tenaganya akan agak berlainan.) Dalam keadaan statik (tiada pergerakan cecair dalam bingkai berputar), tenaga ini kekal bebas dari kedudukan r. Memerlukan tenaga menjadi mengekalkan bentuknya, kita akan dapatkan bentuk parabolik:

iaitu h(0) adalah pada ketinggian r = 0 (axis). Lihat Rajah 1.

Princip operasi memusat (“centrifuge”] juga boleh difahami dengan mudah dalam bentuk gambaran ini bagi potensi tenaga, yang menunjukkan bahawa ia cenderung bertenaga apabila isipada jauh dari paksi putaran diduduki oleh bahan lebih berat.

Perhatikan bahawa analisa ini berasaskan potensi tenaga daya memerlukan kehadiran daya memusat. Daya ini diperlukan dalam rujukan bingkai sama berputar (apabila ia turut berputar bersama air) kerana air kelihatannya tidak bergerak dalam bingkai ini. Dengan itu, pemerhati melihat kepada air tidak bergerak, memerlukan daya memusat bagi menjelaskan mengapa permukaan air adialah lah cembung dan bukannya rata. Secara ringkas, air berputar mempunyai permukaan cembung: jika permukaan yang anda lihat ialah cembung, dan air tidak kelihatan berputar, sebenarnya anda yang berputar. Sama juga, jika anda memerlukan daya memusat bagi menjelaskan apa yang anda lihat, dengan itu anda sebenarnya berputar.