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由惯性引起的离心力

作者:Ron Kurtus

当你用绳子或绳子摆动一个物体时,这个物体会被绳子向外拉。你感受到的力量叫做离心力,是由惯性引起的物体的轨迹,它试图沿着直线运动。它也被称为an惯性力伪力

根据牛顿的第三定律会发生法律时,离心力等于,与之相反向心力它作用于物体,使其沿曲线运动。

离心力的应用包括旋转的圆盘、游乐园的游乐设施和摆动的水桶里的水。离心力的方程与向心力的方程相似。

当讨论圆周运动的主题时,经常会听到这个词离心离心,不要与之混淆向心,意思是远离中心或向外。

你可能会问的问题包括:

本节课将回答这些问题。有用的工具:单位转换



离心力的原因

离心力产生的原因与物体上的向心力有关。

向心力

根据牛顿第一定律惯性定律,运动中的物体倾向于走直线。

然而,通过对物体施加持续的侧向力可以克服惯性使物体沿着弯曲的路径运动,只要施加了这个力。这个力叫做a向心力。一个常见的例子是在绳子上摇晃一个物体。

(见向心力以获取更多信息。)

离心力

牛顿第三定律会发生法律说明对于每一个力,都有一个大小相等、方向相反的力。

换句话说,当你在绳子上施加一个力来摆动你周围的物体时,绳子就会用这个力拉动物体,而物体就会给绳子一个大小相等、方向相反的力。然后你会感觉到一个大小相等、方向相反的力把绳子和物体拉离你。这个力是离心力

注意:许多物理学来源说离心力是一种虚构的或伪(假)力。这与“你可以”的事实相反感觉力。

而且,他们似乎已经忘记了牛顿第三定律。如果他们应用了这个定律,他们就会看到离心力与向心力相等且相反。

离心力是一种惯性力,它阻止改变物体的方向或速度。

离心力的例子

离心力的应用有各种各样的例子。

旋转的磁盘

如果你把一个物体放在一个圆盘上,并开始旋转,将物体固定在圆盘上的摩擦力就是使物体沿弯曲路径运动的向心力。

一旦圆盘旋转得足够快,离心惯性力就会大于将物体固定在原地的向心摩擦力。然后这个物体就会以直线飞行。

由于离心力克服摩擦力,球沿直线从旋转盘上飞出

球沿直线飞离旋转圆盘
由于离心力克服摩擦

聚集骑

一个相关的例子是游乐园的游乐设施,聚集它由一个圆形平台组成,平台边缘有垂直的笼状墙壁。

离心力使人在狂欢中靠在墙上

离心力使人们在狂欢节上靠在墙上

裁判:游乐盛会

当平台以足够高的速度旋转时,离心惯性力将骑手推到墙上,在平台改变方向时将他们固定在原地。

尽管骑车人感到有一股力量把他们推到墙上,但并没有真正的力量或作用力在推动他们。这只是惯性的结果。

乘坐过山车

另一个显示离心力的游乐园项目是过山车。当过山车越过轨道的弯曲顶部时,你会感到离心力将你向上拉。同样地,在轨道较低的弯曲部分,你会感到向下推你的力。

水停留在摆动的水桶里

还有一个技巧是,你拿一个装满半桶水的桶,在一根绳子上垂直旋转,这样水就会留在桶里,即使在你正上方受到离心力的作用。

离心力方程

沿弯曲路径运动的物体由于惯性产生的向外的离心力方程为:

F = mv2/ R

在哪里

这个方程类似于使物体沿弯曲路径运动的向心力,只不过这个力的方向相反。

离心力与向心力的方向相反

离心力的方向相反
向心力的

因此,如果使物体沿圆周运动的向心力是25牛顿,那么所感受到的离心力就是25牛顿。

总结

离心力是沿弯曲路径运动的物体上向外的惯性力。如果有向心力阻止物体沿直线运动,物体就会沿弯曲的路径运动。

牛顿第三定律或作用力-反作用定律指出,对于每一个作用力,都有一个大小相等、方向相反的力。因此,离心力的方向与向心力相反,但它们的大小相等。

离心惯性力作为质量、速度和半径的函数的方程为:

F = mv2/ R。


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资源及参考资料

罗恩·库图斯的证书

网站

离心力——维基百科

离心力-物理教室

离心力——HowStuffWorks

物理资源

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力的科学史蒂夫·帕克(Steve Parker);海涅曼(2005)$29.29 -与力和机器的实验项目

格伦科科学:运动,力和能量,麦格劳-希尔(McGraw-Hill)著;格伦科/麦格劳-希尔(2001)$19.32 -学生版(精装)

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