Kas ir centrālie spēki?

Ņūtona universālās gravitācijas likums nosaka, ka gravitācijas spēks starp diviem objektiem vienmēr ir vērsts viens pret otru. Turklāt spēka lielums ir apgriezti proporcionāls attāluma starp objektiem kvadrātam — citiem vārdiem sakot, attāluma dubultošana starp objektiem radīs spēku, kas ir tikai par vienu ceturtdaļu spēcīgāks. Ja viens objekts ir daudz masīvāks par otru, izkārtojums atbilst centrālā spēka kritērijiem.

Analogs centrālais spēks ir elektrostatiskais spēks starp daļiņām ar elektrisko lādiņu. Tāpat kā gravitācijas spēks, arī elektrostatiskais spēks ir apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp divām daļiņām. Tomēr atšķirībā no gravitācijas elektrostatiskā mijiedarbība ir proporcionāla to lādiņu reizinājumam, nevis to masai. Viņiem ir tendence dominēt arī ļoti mazos mērogos. Tomēr matemātiski runājot, gravitācijas spēka lielums un elektrostatiskais spēks atbilst apgrieztā kvadrāta likumam.

Atsperes un objekta mijiedarbības rezultātā var rasties cita veida centrālais spēks. Atsperes radītais spēks ir proporcionāls attālumam, kurā atspere ir izstiepta no līdzsvara garuma. Izstiepjot atsperi divreiz tālāk no tās līdzsvara garuma, pievilcības spēks būs divreiz spēcīgāks. Šāda veida uzvedība ir pazīstama kā Huka likums un ir redzama ne tikai atsperēs, bet arī jebkurā lineāri elastīgā materiālā, tostarp lielākajā daļā cieto metālu. Ja atspere vai piemērots materiāls ir noenkurots centrā, arī tas var atbilst centrālā spēka kritērijiem.

Lai gan attāluma palielināšanai starp objektiem vai daļiņām ir ļoti atšķirīga ietekme sistēmās, kuras regulē apgrieztā kvadrāta likums, salīdzinot ar Huka likumu, abi šie centrālie spēki radīs slēgtu orbitālo kustību. Planētas riņķo ap Sauli gravitācijas dēļ, kas ir centrālais spēks, uz kuru attiecas apgrieztā kvadrāta likums. Līdzīgi lādētas daļiņas elektrostatiskā spēka dēļ var riņķot ap pretēji lādētu centru. Nedaudz mazāk zināms fakts ir tāds, ka centrāli noenkurota atspere var izraisīt objekta riņķošanu ap centru, ja citi spēki ir niecīgi. Vienkārša harmoniskā kustība ir viens no šādiem piemēriem, kam ir jāpārvietojas tikai vienā dimensijā.