Experiment 17 — ความสัมพันธ์ระหว่างแรงสู่ศูนย์กลาง ความเร็ว รัศมี และมวล
เมื่อวัตถุเคลื่อนที่เป็นวงกลม ทิศการเคลื่อนที่ของมันเปลี่ยนไปตลอดเวลา แม้อัตราเร็ว (speed) จะคงที่ ก็ยังถือว่ามีความเร่ง เพราะ "ความเร็ว" เป็นเวกเตอร์ ความเร่งนี้ชี้เข้าหาศูนย์กลางวงกลมเสมอ เรียกว่า ความเร่งสู่ศูนย์กลาง (centripetal acceleration) และแรงที่ทำให้เกิดความเร่งนี้เรียกว่า แรงสู่ศูนย์กลาง (centripetal force)
สำหรับวัตถุที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมด้วยอัตราเร็ว v คงที่ ความเร่งเข้าสู่ศูนย์กลางคือ a = v² / r ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน (F = ma) จึงได้
ในการทดลองนี้ มวลแขวน M ที่อยู่นิ่งอยู่ใต้หลอดแก้ว ดึงเชือกด้วยแรง T = Mg แรงนี้ถูกส่งผ่านเชือกขึ้นไปเป็นแรงสู่ศูนย์กลางที่ดึงจุกยางเข้าหาศูนย์กลาง:
เมื่อเพิ่มแรง F (โดยเพิ่มมวลแขวน) ความเร็ว v เพิ่มขึ้น แต่ไม่เป็นเส้นตรง เพราะ F ∝ v² กราฟ F-v เป็นพาราโบลา
เมื่อเพิ่มรัศมี r (คง F และ m) ความเร็ว v จะเพิ่มแต่ช้าลง เพราะ v เพิ่มตาม √r
เมื่อเพิ่มมวลจุก m (คง F และ r) ความเร็ว v จะลดลง ตามสัดส่วน 1/√m
M = 0.100 → F = 0.98 N, t ≈ 15.8 s, v ≈ 4.0 m/s
M = 0.200 → F = 2.0 N, t ≈ 11.0 s, v ≈ 5.7 m/s
M = 0.300 → F = 2.9 N, t ≈ 9.2 s, v ≈ 6.8 m/s
M = 0.400 → F = 3.9 N, t ≈ 7.9 s, v ≈ 7.9 m/s
r = 0.60 → v ≈ 6.2 m/s, t ≈ 6.1 s
r = 0.70 → v ≈ 6.6 m/s, t ≈ 6.7 s
r = 0.80 → v ≈ 6.9 m/s, t ≈ 7.2 s
r = 0.90 → v ≈ 7.5 m/s, t ≈ 7.6 s
m = 0.022 → v ≈ 9.4 m/s, t ≈ 6.7 s
m = 0.028 → v ≈ 8.5 m/s, t ≈ 7.4 s
m = 0.036 → v ≈ 7.4 m/s, t ≈ 8.5 s