Kas yra centrinės pajėgos?

Centrinė jėga yra jėga, kurios kryptis ir dydis priklauso tik nuo objekto centro ir atstumo nuo jo centro iki kito taško. Centrinės jėgos veikimo kryptis turi būti išilgai linijos, jungiančios objekto centrą su kitu tašku, o jėgos dydis priklauso tik nuo atstumo arba spindulio tarp jų. Centrinių jėgų pavyzdžiai yra gravitacinė jėga, elektrostatinė jėga ir spyruoklės jėga. Orbitinį judėjimą gali sukelti tik dviejų tipų centrinės jėgos: gravitacinė jėga ir analogiška jėga.

Niutono visuotinės traukos dėsnis teigia, kad gravitacinė jėga tarp dviejų objektų visada yra nukreipta vienas į kitą. Be to, jėgos dydis yra atvirkščiai proporcingas atstumo tarp objektų kvadratui – kitaip tariant, padvigubinus atstumą tarp objektų, jėga bus tik ketvirtadaliu didesnė. Kai vienas objektas yra daug masyvesnis už kitą, išdėstymas atitinka centrinės jėgos kriterijus.

Analogiška centrinė jėga yra elektrostatinė jėga tarp dalelių, turinčių elektros krūvį. Kaip ir gravitacinė jėga, elektrostatinė jėga yra atvirkščiai proporcinga atstumo tarp dviejų dalelių kvadratui. Tačiau skirtingai nuo gravitacijos, elektrostatinė sąveika yra proporcinga jų krūvių sandaugai, o ne jų masei. Jie taip pat linkę dominuoti labai mažomis skalėmis. Tačiau matematiškai kalbant, gravitacinės jėgos ir elektrostatinės jėgos dydis atitinka atvirkštinio kvadrato dėsnį.

Spyruoklei sąveikaujant su objektu gali atsirasti kitokia centrinė jėga. Spyruoklės sukuriama jėga yra proporcinga atstumui, kurį spyruoklė ištempė nuo jos pusiausvyros ilgio. Ištempus spyruoklę dvigubai didesniu atstumu nuo jos pusiausvyros ilgio, traukos jėga bus dvigubai stipresnė. Toks elgesys žinomas kaip Huko dėsnis ir pastebimas ne tik spyruoklėse, bet ir bet kurioje linijiškai elastingoje medžiagoje, įskaitant daugumą kietųjų metalų. Kai centre pritvirtinama spyruoklė arba tinkama medžiaga, ji taip pat gali atitikti centrinės jėgos kriterijus.

Nors atstumo tarp objektų ar dalelių didinimas turi labai skirtingą poveikį sistemose, kurioms taikomas atvirkštinio kvadrato įstatymas, palyginti su Huko dėsniu, abi šios centrinės jėgos sukurs uždarą orbitos judėjimą. Planetos skrieja aplink Saulę dėl gravitacijos, centrinės jėgos, kuriai galioja atvirkštinio kvadrato dėsnis. Panašiai įkrautos dalelės dėl elektrostatinės jėgos gali skrieti aplink priešingai įkrautą centrą. Šiek tiek mažiau žinomas faktas yra tai, kad centre pritvirtinta spyruoklė, kai kitos jėgos yra nereikšmingos, gali priversti objektą skrieti aplink centrą. Paprastas harmoninis judėjimas yra vienas iš tokių pavyzdžių, kuris yra priverstas judėti tik vienu matmeniu.