«Вода не виливається з посудини, що обертається, - не виливається навіть тоді, коли посудину перевернуть догори дном, тому що цьому заважає обертання», - писав дві тисячі років тому Аристотель. На малюнку зображений цей ефектний досвід, який, без сумніву, багатьом знайомий: обертаючи досить швидко відерце з водою, як показано на малюнку, ви досягаєте того, що вода не виливається навіть у тій частині шляху, де відерце перекинуто догори дном.
Чому не виливається вода з обертається відерця?
У побуті прийнято пояснювати це явище «відцентровою силою», розуміючи під нею ту уявну силу, яка начебто прикладена до тіла і обумовлює його прагнення віддалитися від центру обертання. Цієї сили не існує: зазначене прагнення є не що інше, як прояв інерції, а всяке рух за інерцією здійснюється без участі сили. У фізиці під відцентровою силою розуміють щось інше, а саме - ту реальну силу, з якою обертове тіло натягує утримуючу його нитка або тисне на свій криволінійний шлях. Ця Сила прикладена не до тіла, що рухається тілу, а до перешкоди, мешающему йому рухатися прямолінійно: до нитки, до рейок на кривому відрізку шляху і т. п.
Звертаючись до обертання відерця, спробуємо розібратися в причини цього явища, не вдаючись зовсім до двозначному поняттю «відцентрової сили». Задамо собі питання: куди попрямує струмінь води, якщо в стінці відерця зробити отвір? Не будь сили тяжіння, водяний струмінь за інерцією попрямувала б по дотичній АК до кола АВ. Тяжкість ж змушує струмінь знижуватися і описувати криву (параболу АР). Якщо окружна швидкість досить велика, ця крива розташована поза кола АВ. Струмінь виявляє перед нами той шлях, по якому при обертанні відерця рухалася б вода, якщо б не перешкоджало надавливающее на неї відерце. Тепер зрозуміло, що вода зовсім не прагне рухатися прямовисно вниз, а тому і не виливається з відерця. Вона могла б вилитися з нього лише в тому випадку, якщо б відерце було звернено отвором в напрямку його обертання.
Обчисліть тепер, з якою швидкістю треба в цьому досвіді обертати відерце, щоб вода з нього не виливалася вниз. Швидкість ця повинна бути така, щоб центростремительное прискорення обертового відерця було не менше прискорення сили тяжіння: тоді шлях, яким прагне рухатися вода, буде лежати поза окружності, описуваної відерцем, і вода ніде від відерця не відстане. Формула для обчислення доцентрового прискорення W така;
W=v2/R,
де v - окружна швидкість, R - радіус кругового шляху. Так як прискорення тяжіння на земній поверхні g = 9,8 м/с2, то маємо нерівність v2/R = 9,8. Якщо покласти R рівним 70 см, то
Легко розрахувати, що для отримання такої окружної швидкості треба робити рукою близько півтора оборотів в секунду. Подібна швидкість обертання цілком досяжна, і досвід вдається без праці.
Здатність рідини притискатися до стінок посудини, в якому вона обертається навколо горизонтальної осі, користуються в техніці для так званого відцентрового лиття. При цьому має істотне значення те, що неоднорідна рідина розшаровується за питомою вагою: більш важкі складові частини розташовуються далі від осі обертання, легені займають місце ближче до осі. Внаслідок цього всі гази, що містяться в розплавленому металі і утворюють так звані «раковини» в лиття, виділяються з металу у внутрішню, порожню частину виливка. Вироби, виготовлені таким способом, виходять щільні і вільні від раковин. Відцентрове лиття дешевше звичайного лиття під тиском і не вимагає складного обладнання.
