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離心力是什么?

2020-06-27

離心力是一種虛擬力,是一種慣性的表現(xiàn),它使旋轉(zhuǎn)的物體遠(yuǎn)離它的旋轉(zhuǎn)中 心。在牛頓力學(xué)里,離心力曾被用于表述兩個(gè)不同的概念:在一個(gè)非慣性參考系下觀測到的一種慣性力,向心力的平衡。在拉格朗日力學(xué)下,離心力有時(shí)被用來描述在某個(gè)廣義坐標(biāo)下的廣義力。
在一般語境下,離心力并不是實(shí)在存在的力。它的效果只是為了在旋轉(zhuǎn)參考系(非慣性參考系)下,牛頓運(yùn)動(dòng)定律依然可以運(yùn)用。在慣性參考系下是沒有離心力的,在非慣性參考系下(如旋轉(zhuǎn)參考系)才需求有慣性力,不然牛頓運(yùn)動(dòng)定律不能運(yùn)用。

離心力

幻想一個(gè)圍繞中 心旋轉(zhuǎn)的圓盤,角速度為ω。在圓盤上有一個(gè)質(zhì)量為m木塊,木塊由繩子連接,繩子的另一端固定在圓盤的中 心(也是旋轉(zhuǎn)中 心),繩長為r。木塊隨圓盤一起滾動(dòng),假設(shè)沒有任何摩擦力,木塊的旋轉(zhuǎn)是因?yàn)槔K子的拉力。在隨圓盤一起滾動(dòng)的觀察者看來,木塊是停止的。根據(jù)牛頓定律,木塊遭到的合力應(yīng)為零??墒悄緣K只遭到一個(gè)力,就是繩子的拉力,所以合力不為零。那么這違背牛頓定律嗎?牛頓定律只要在慣性系下才建立,可是隨圓盤一起滾動(dòng)的觀察者所在的參考系是非慣性系,所以牛頓定律在這里不建立。為了使牛頓定律在非慣性系下仍然建立,那么就需求引用一個(gè)慣性力,即離心力。離心力的大小為 ,與繩子提供的拉力持平,但方向與之相反。引入離心力后,在隨圓盤一起滾動(dòng)的觀察者看來,木塊一起遭到繩子的拉力和離心力,大小持平,方向相反,合力為零。此刻木塊停止,牛頓定律建立。
離心力計(jì)算公式
F=a*m
F——離心力;
a——向心加速度{a=ω^2*r=(v^2)/r=[4*(π^2)*r/T^2};
m——物體質(zhì)量。
(F=a*m本身是牛頓第 二定律的公式的應(yīng)用)
(在上式中ω指物體圓周運(yùn)動(dòng)的角速度,r指物體圓周運(yùn)動(dòng)的半徑,T指物體圓周運(yùn)動(dòng)的周期,π指圓周率)

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