離心力

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離心力,指由於物體旋轉而產生脫離旋轉中心的力,也指在旋轉參照系中的一種視示力,它使物體離開旋轉軸沿半徑方向向偏離,數值等於向心加速度但方向相反

  

離心運動概述

  離心運動是指物體有遠離中心運動的現象   美國濃縮鈾廠的離心機就是利用離心運動提煉核子原料   當物體在做非直線運動時(非牛頓環境,例如:圓周運動或轉彎運動),因物體一定有本身的質量存在,質量造成的慣性會強迫物體繼續朝著運動軌跡的切線方向(原來那一瞬間前進的直線方向)前進,而非順著接下來轉彎過去的方向走。   若這個在做非直線運動的物體(例如:車)上有乘客的話,乘客由於同樣隨著車子做轉彎運動,會受到車子向乘客提供的向心力,但是若以乘客為參照系,由於該參照係為非慣性系,他會受到與他相對靜止的車子給他的一個指向圓心的向心力作用,但同時他也會給車子一個反向等大,由圓心指向外的力,就好像沒有車子他就要被甩出去一樣,這個力就是所謂的離心力。   由於處於非慣性系中,此狀況下物體所感受的力並非真實,所以有些說法會稱這種現象為「離心力」。   相對轉動的非慣性系中的物體,所受離心力為F= mω^2r(其中ω表示非慣性系自身轉動的角速度)。需要注意的是,該離心力方向為沿半徑背離圓心

離心現象概述

離心現象

  離心力(Centrifugal force)是一種慣性的表現,實際是不存在的。為使物體做圓周運動,物體需要受到一個指向圓心的力--即向心力。若以此物體為原點建立坐標,看起來就好像有一股與向心力大小相同方向相反的力,使物體向遠離圓周運動圓心的方向運動。(當物體受力不足以提供圓周運動所需向心力時,看起來就好像離心力大於向心力了,物體會做遠離圓心的運動,這種現象叫做「離心現象」。)   假設若離心力存在,則與向心力相平衡,物體受力平衡,速度方向不會改變,是平衡態,不可能做圓周運動,所以證明離心力並不存在,即離心力是以力的作用效果來命名的。   注意:離心力作為慣性力實際上是不存在的,偉大的科學家笛卡爾在其「旋渦說」理論中就有此誤。故以下說法錯誤--「當物體作圓周運動時,在其軌道切線方向上所受到了切向力,有一股分力作用在離心方向,因此稱為離心力。」

離心現象在天體物理上的應用

  在天體上,衛星在主星邊緣做慣性運動,由於主星的引力束縛了衛星,使衛星做圓周公轉,如果衛星的慣性運動力(速度)大於主星的引力束縛力,那衛星便遠離中心一些。

衛星

在地球上,物體在不動的中心邊緣做慣性運動,由於物體的結合力束縛物體,使物體做圓周旋轉,如果物體的慣性運動力(速度)大於物體的結合力,那慣性運動的物體便遠離中心而去。由於水和氣體的結合力很低,它們都會離中心而去。結合力高的金屬則不會離心而去。   離心力,由於做周圓運動的物體運動的方向或速度發生改變而產生的。是慣性力!我們知道一個物體搭一物體前進,這時兩物體速度相同,被搭乘物體由於被搭乘,慣性向前移動。物體突然改變方向,被搭乘物體還會慣性前進,由於方向的改變產生離心力。

關於離心現象與慣性離心現象的辨析

  現將慣性離心力和離心力概念簡單解釋一下:   我們通常是以地面做參考系,可設想地面是靜止的,或者在不太長的距離中把地面運動視為勻速直線運動,即慣性參考系,牛頓就是在這樣的前提下才總結出了運動定律。如果參考系是變速的,即非慣性參考系,牛頓定律就不能直接應用了,因此人們假想出了「慣性」來解決牛頓定律的應用問題。慣性離心力是非慣性系中的假想力。下面舉勻速圓周運動例子:   勻速圓周運動的線速度方向時刻變化,說明有向心加速度,而向心加速度方向也時刻變化,這是個典型的非慣性系。如果有個大轉盤在作勻速圓周運動,你坐到盤上不要看周圍景物,此時就把自己置身於非慣性系了,你肯定會感覺到有某種力量想把自己推下來,而此時又沒有任何施力物推你,這種力量就稱為慣性離心力。   最後提醒一點,所謂"慣性力"只存在於非慣性系,是一種虛擬力,是為了將牛頓定律推廣到非慣性繫上使用而虛擬的一種力,在加上這樣的虛擬力后除了牛頓第三定律外,牛頓力學中的各種定律、定理在非慣性繫上都可以得以運用

應用

  一、流星錘   流星錘,是一種將金屬鎚頭繫於長繩一端或兩端製成的軟兵器,亦屬索系暗器類。僅系一錘者,繩長約五米,稱"單流星";系兩個錘者,繩長為四尺半,稱"雙流星"。其錘有瓜形、多棱形、渾圓形等,大小如鴨卵。錘身末端有象鼻眼,用於串連環。現代武術運動中演練雙流星,主要握持繩索中段,進行立舞花、提撩花、單手花、胸背花、纏腰繞脖、拋接等花法練習,其花法同棍花和大刀花。   二、茶葉悖論   茶葉悖論描述的現象是茶葉在茶杯中的茶當被攪動后,茶葉回遊到杯底的中央,而非預想的在螺線型離心力作用下被推動到杯底的邊緣。最初的解釋來自於阿爾伯特·愛因斯坦1926年一篇用於解釋河岸侵蝕問題(拜爾定律)的論文。攪動液體使其在杯中旋轉,產生向外的離心力。   然而,靠近底部外側的液體由於于杯壁的摩擦減慢旋轉,那裡的離心力減弱從而使得壓差對水流的作用大於離心力。這就是被稱為邊界層或更確切為埃克曼層[3]   由於離心力,沿邊緣的作用力大於中間。如果全部的液體作為一個固體旋轉,內部的向心力與外部(向心力)與轉速關聯,所以就沒有向內或向外的運動。   在一個茶杯中,旋轉在底部較慢,壓力坡度產生並隨之產生沿底度的向內的波流。向上一些,液體流向外側。這個第二波流沿底部向內流從而把邊緣外部的茶葉聚集到中央。由於茶葉的重量無法上升,所以它們停留在底部中心。結合第一旋轉波流的作用,這些茶葉將沿底部向內螺旋。

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