离心力和向心力的区别

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主要区别 – 离心力与向心力

有力作用在任何沿圆形路径行进的物体上。根据观察对象的参照系类型,力可能会以不同的方式作用在对象上。这 主要区别 离心力和向心力之间的关系是 向心力作用在物体上朝向圆形路径的中心.相比之下, 离心力是一种视在远离圆心方向作用在物体上的力。 处于惯性参考系中的观察者不会感觉到离心力。只有在旋转参考系中与物体一起做圆周运动的观察者才能感知到离心力。

什么是向心力

只要物体的速度发生变化,它就会加速。由于速度是矢量,因此可以通过改变其大小(速度)或运动方向来改变它。任何沿圆形路径运动的物体都在不断地改变方向,这意味着它在不断地加速。根据牛顿第二定律,由于物体正在加速,所以应该有一个合力作用在它上面。通过考虑物体沿圆形路径运动的速度的矢量表示,然后将牛顿第二定律应用于该加速度,我们发现沿圆形路径运动的物体上的向心力始终作用于圆心,而这个向心力

可以通过以下方式给出:

在哪里

是质量和

是物体的速度,并且

是物体的圆形路径的半径。

什么是离心力

考虑下图所示的将要进行“掷锤”的人:

一个锤子

当锤子投掷者旋转锤子时,他也随着锤子旋转。换句话说,他和锤子在一个旋转的参考系中。当他看着锤子时,他看到(相对于他自己)锤子是静止的。他感觉到手柄有张力,因此他知道锤子正在将手柄从他身上拉开。根据牛顿第三定律,他得出结论,手柄必须将锤子拉向他。

然而,锤子投掷者认为锤子是静止的。他也知道锤子正被拉向他,所以根据牛顿第一定律,他得出结论,肯定有另一个力作用在锤子上,直接将它拉离他。这种力是离心力:这里的“离心力”一词意味着这种感知力试图将物体拉离物体圆形路径的中心(当然,掷锤者不知道锤子正在沿圆形路径移动,但如果他稍后向从惯性参考系观察锤子投掷器的其他人解释他感知到的力,该人会认为“离心”力指向远离圆形路径中心的方向)。

锤子不在惯性参考系中静止。从惯性参考系看锤子的观察者会看到锤子沿圆形路径运动,他们不会发现离心力。事实上,如果您从惯性参考系观察锤子,您会发现作用在锤子上的两个力,沿着手柄的张力和锤子的重量:

作用在锤子上的力

张力沿着锤子的手柄作用,将锤子拉向圆圈,而重力则试图将锤子拉下。向心力是指向中心的合力。例如,如果当时掷锤者正在将锤子旋转成水平圆圈,那么朝向圆圈中心的合力将为

.

下面的视频还讨论了在圆形路径中移动的物体的“向心”和“离心”力之间的区别:

离心力通常被视为一种“虚构的”力,因为它无法从惯性参考系中观察到,也因为没有人可以指出真正的“相互作用”来解释其起源。然而,有时将离心力想象成真实存在是很有用的,尤其是当您设计的东西将成为旋转系统的一部分时!

离心力和向心力的区别

真实或虚构

向心力 是物理相互作用的结果的真实力。

离心力 是一种虚构的力,当从与物体一起旋转的参考系中观察旋转物体时,它似乎存在。

方向

向心力 作用于圆形路径的中心。

离心力 似乎在远离圆形路径中心的方向上起作用。

在惯性参考系中的外观

向心力 可以从惯性参考系中观察到。

离心力 无法从惯性参考系中观察到。

图片提供

约翰·哈斯拉姆(John Haslam)(自己的作品)[CC BY 2.0],来自 flickr 的“扔锤子 - 2007 年多诺赫高地聚会”

离心力和向心力的区别