تطبيقات قوة الطرد المركزي

القوى الكونيّة

نعيش على هذه الأرض تحت تأثير قوى طبيعيّة لا نشعر بها ولا نستطيع العيش دونها وهي التي تتحكّم بسير هذا الكون، وهذه القوى هي أربعة أنواع: القوّة النووية الكبرى، والقوة النووية الصغرى، والقوة الكهرومغناطيسيّة، وقوّة الجاذبية بالإضافة لهذه القوى الأربع هنالك ما يعرف بقوّة الطرد المركزيّ.

قوة الطرد المركزي

قوة الطرد المركزي هي قوّة في الأصل غير حقيقيّة، وإنّما تمّ وضعها لشرح بعض النظريات في الميكانيكا الكلاسيكية، حيث تعرف بأنّها ردّة الفعل المقابلة لقوّة الجذب المركزية، وقد تمّ وضع قانون لتفسيرها حسب قوانين نيوتن، وحسب قانون القصور الذاتي للأجسام، ويعتمد هذا القانون على أنّ الجسم يجب أن يتحرّك بشكل مستقيم وليس دائرياً لذلك فهو يرغب في الخروج عن مساره في كلّ نقطة من حركته بشكل دائري، ومن الأمثلة التي تستخدم لإثبات هذه النظرية، هي خروج السيارات عن مسارها عند محاولتها الدوران حول الدُّوار بسرعة، ويتم التعبير عن القوّة الطاردة المركزية بالرموز عن طريق المعادلة الآتية:

F= mv²/R

حيث إن:

F: هي قوّة الطرد المركزي.

m: هي كتلة الجسم.

v: تعبر عن السرعة التي يتحرك بها الجسم.

R: هي نصف قطر الدوران، أي المسافة بين محور الجسم ومحور الدوران.

تطبيقات قوة الطرد المركزي

أرجوحة الأطفال

تمّ اعتماد قوة الطرد المركزي في إنشاء أراجيح الأطفال التي توضع في المتنزهات، وهي الأراجيح التي تكون عبارة عمود طويل في نهايته العلوية قرص كبير تتدلّى منه حبال تربط فيها الأراجيح، يتم تدوير القرص الموجود في أعلى العامود بسرعة، ينتج عنه مقاومة الأراجيح لهذه القوة فتطير ثمّ تعود إلى مكانها.

المجفّفة الكهربائية

تم استغلال هذا القانون أيضاً في صنع مجففة الملابس الكهربائية، حيث تعتمد على وضع الملابس المبللة بداخل وعاء مثقوب، يقوم الجهاز بلف الوعاء بسرعة كبيرة جداً ممّا يؤدي إلى خروج المياه من الثقوب استجابة لقوة الطرد المركزي.

جهاز الطرد المركزي

من أهم التطبيقات التي تم استغلال هذا القانون فيها هو صنع ما يسمّى بجهاز الطرد المركزي، ويقوم هذا الجهاز على إكساب المواد تسارعاً يعتمد على كثافتها، حيث إنّ المواد توضع في أنابيب داخل الجهاز الذي يجعلها تدور حول محور ثابت فينتج عنه تسارع جاذبية لهذه الأجسام يعمل على فصل الموادّ الخفيفة إلى الأعلى والثقيلة إلى الأسفل، ويستخدم الجهاز في الغالب داخل المختبرات العلمية الحيويّة والفيزيائيّة لعدة أهداف، أهمّها:

تخصيب اليورانيوم

يتوفّر اليورانيوم^-235 الذي يمكن استخدامه في تشغيل المفاعلات النووية بنسبة 0.7% بين نظائره الأخرى في الطبيعة، ويتميّز هذا النظير بقدرته على امتصاص النيوترونات بشكل هائل، وعملية فصل هذا النظير تعتمد على الاختلاف البسيط بين كتلة النظائر.

تتم هذه العملية على سرعة دوران هائلة وتصل لحدود 70 ألف لفة بالدقيقة أو أكثر، ولأن هذا النظير هو الأخف فإنّه يعلو مع دوران الجهاز ويتم تجميعه وتكثيفه عن طريق شفطه بتقنيات خاصة أمّا النظائر الأخرى فهي تترسب على جدران الجهاز فيتمّ عزلها عن النظير المطلوب.

فصل مكوّنات الدم

يتم استخدام جهاز الطرد المركزي في فصل مكونات الدم، وذلك باستخدام السرعة المناسبة حسب المادة المراد عزلها، كما أنّ هناك عدة أنواع من أجهزة الطرد المركزي يتم استخدامها حسب الغرض منها، ومنها.

• التحليلي: وهو ما يستخدم لتحديد الخواص الفيزيائية للجزيئات الراسبة وتسمّى الأجهزة المستخدمة لهذا الغرض بالنابذة الفائقة السرعة التحليلية.
• الإعدادي: وهو المستخدم لاستخلاص جزيئات معيّنة من مادّة معينة.