題:
離心力和向心力之間有巨大的區別嗎?
Nikkie
2015-04-30 06:29:41 UTC
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我正在為此主題製作一個八年級的視頻。我正在展示在頭頂上晃動一桶水的實驗。 離心力向心力之間有巨大的區別嗎?說兩股力量實際上是同一回事是錯誤的嗎?

離心力是由非慣性框架中的水或水桶觀察到的,我們觀察到的是向心力。
向心是真實的,離心不是!他們是不一樣的!
我最近在書中讀到,離心力可以作為牛頓第三定律的結果來解決,即:離心力可以被認為是與離心力相等且相反的反作用力。
相關:http://physics.stackexchange.com/q/8891/2451及其鏈接。
擺動水桶和澆水是有區別的。
@danimal如果離心力不是真實的力,那麼由於繩索拉緊而產生的向心力是否會導致鏟斗向內飛並用手撞擊我?
@Asher:否,因為鏟斗處於圓周運動,沒有拉力,鏟斗會沿著直線路徑飛走!
@gonenc我詢問了緊張局勢,而您解釋了“沒有緊張局勢”。我們可以問一個相關的問題;如果重力使我繞著地球中心作圓周運動而沒有緊的繩索將我壓倒,那是什麼使我(以及地球上的其餘部分)不因重力而塌陷到質心?
@Asher:我不確定我是否理解正確,但是離心力是由於某些物體在圓周上運動引起的。這可以是張力或重力。鏟斗不會撞到您的頭部,因為所施加的力會改變鏟斗的方向。如果有幫助,請參閱[this](http://physics.stackexchange.com/questions/156039/centripetal-and-centrifugal-force/156070#156070)的回答。
@gonenc例如,我知道鏟斗在繩索上施加離心力(因此繩索上的張力),而地球表面在我的腳上施加離心力。這些事實正確回答了我之前的問題,並說明了自然界中存在著真正的離心力。僅僅說“離心力不是真實的”就太過簡單了,比理解更容易引起混亂。
儘管該項目無疑已經過去了,但注意到(至少在中學時)“實心向心力”和“非實心離心力”對於一件好事來說並不是完全一樣的。我認為更令人髮指的原因:因為他們彼此“反對” ???-他們朝著相反的方向“行動”-他們幾乎不是“同一件事” ----還是我錯過了什麼?
@Asher-根據Wikipedia的定義,離心力是慣性力或虛構力。是的,鏟斗會在正確的參照系中向繩索施加離心力,但地球不會向我們的腳施加離心力-那將是法向力,我一直將其視為彈簧力(彈簧是由重力壓縮的物質)加上少量的摩擦力(與大地對我們周圍的各種流體施加的摩擦力相同,因此我們基本上不會注意到它)----如果W/ p錯誤,請修復。
@CodeJockey的“離心”是指遠離中心。如果您的鏟斗在繩索上搖擺,則除非該鏟斗對繩索施加離心力,否則繩索上沒有張力。而且您不會自由下落,因為地球的結構在您身上施加了離心力。這些不依賴於參考系。
@Asher-請修復Wikipedia,然後-意思是讓那些盲目地將福音用於福音的無辜靈魂被誤導了。
@CodeJockey有人擊敗了我:*“這個名稱在歷史上有時也被用來指代向心力的反作用力。” *
九 答案:
mbeckish
2015-04-30 19:58:36 UTC
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我不喜歡將離心力稱為“虛構”力。我更喜歡用參考係來解釋它:

在慣性參考系中,Netwon定律足以模擬(非相對論)運動。

在非慣性參考系中

使離心力與向心力不同的是,向心力是由於與另一個物體(軌道物體的重力,將球旋轉到弦上的張力,旋轉的旋轉木馬上的物體的摩擦力等),而離心力必須“無處不在”地添加到模型中,這僅僅是因為您處於旋轉參考系中。

為了向八年級的學生講解這一點,我舉了兩個物理學家的例子:1個站在地上,一個在旋轉木馬上旋轉。它們都執行測量以檢測作用在旋轉物理學家上的力。地面上的物理學家僅檢測向心力,並註意到這會導致另一位物理學家繞行一圈。旋轉的物理學家檢測到向心力和相等但相反的離心力,從而使他保持靜止。

+1用於貶低“虛構”。告訴隨便的觀察者他們能感覺到的東西是“虛構的”或“虛構的”,不太可能鼓勵他們學習更多關於科學的知識。告訴他們,可以從多個角度(即“參考框架”)分析同一情況,並且某些模型比其他模型具有更深刻的洞察力,似乎更有可能激發他們的興趣。
我想說這可以用於她的項目,而不是一桶水...我喜歡你的看法-好像你是在說,儘管它對每個人都不是“真實的”,但它確實感覺真實並且可以幾乎被別人認為是真實的
user202531
2015-04-30 06:44:28 UTC
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絕對有很大的不同。向心力是使物體沿分別指向圓或曲率中心的圓形路徑或彎曲路徑移動的實際力。離心力不是真正的力。建立慣性力是為了使牛頓定律在加速參考系中觀察運動時有效。

我只有3-5分鐘的視頻為了簡單起見,我想知道是否應該將它們稱為相同名稱,並簡要提及差異。
坦率地說,我不希望這樣稱呼他們。我要再次強調,向心力是一種真實的力-它是導致彎曲運動的力。相反,離心力不是真實的。正如@JoséJorge Medina Serna所說,它是一種虛構的力量。在旋轉框架中觀察鏟斗時,鏟斗似乎呈線性運動,其方向沒有變化。因此,必須合併一個虛擬力,以使垂直於切線方向的淨力為零。
@Nikkie為什麼要訪問此站點以尋求建議,然後不採納它。這些力量(或力量加上“力量”)並不相同,並且它們對學生的任何暗示都會在以後造成困難。
José Jorge Medina Serna
2015-04-30 06:43:21 UTC
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向心力是物體在圓周運動中所感受到的力。 enter image description here

在此圖中,$ a_c $是向心力,$ v $切向速度和$ \ omega $角速度。

現在,離心力是在參考框架旋轉時出現的假想力。

我敢打賭,在該圖像$ a_c $是要表示向心_acceleration_。向心力當然是向心加速度的正整數倍(按質量計),因此定性上箭頭也可以指示向心力。
當您說“出現的想像力”時,是指存在該力以證明該物體未向圓心移動的事實是正確的?
@NadavS不完全是。當您的參照系旋轉時出現。然後將需要解釋物體偏離圓心的趨勢。
最好說向心力是使物體呈圓周運動的力。
hmakholm left over Monica
2015-04-30 19:00:21 UTC
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對於3分鐘的視頻,我想我會避免使用這兩個概念。

離心力可能是一個令人困惑的概念,其原因有幾個(其中最重要的一點是僅僅提及該術語會引起人們的興趣知道一切的人已經決定了生活中的任務,用大聲的光顧性的解釋(完全不存在)來破壞每個討論)。由於您沒有任何特別的理由來查看旋轉框架中的東西-解決此問題並不容易,因為在旋轉框架中您必須考慮重力方向的變化,而鏟斗是即使遵循均勻圓周運動;而且在桶中沒有觀察者需要我們解釋的經驗-沒有理由進入離心力的泥潭。

向心力似乎也使這裡的情況變得複雜。同樣,由於圓周運動不是均勻(由於重力作用,它在頂部速度較慢),因此您需要進入瞬時角速度和其他毛狀物質以證明其合理性正確使用。除非您需要計算鏟斗在鞦韆頂部將您向上拉動的力,否則也確實不值得為此煩惱。

剩下的問題是為什麼當然,水不會從水桶中掉出來。我要說的是:

想要掉下來,但不惜一切代價。特別是,它不希望以9.82 m /s²的加速度下降。當您拉動水桶以使其沿圓周運動時,您將迫使水更快向下移動,這要比其自身掉落的速度快。它可以抵抗這種運動(您可以在手臂上感覺到),並且向下移動的速度不會比鏟斗強迫它快。

IMO @mbeckish's答案(帶有兩個不同參考系的旋轉木馬)可能更適合於3-5分鐘的視頻,從每個角度顯示約30秒,從每個角度進行分析,每個整體進行約一分鐘,並帶有後效應視頻上繪製的箭頭和痕跡。它將使重力變化至少可以忽略不計...如果她想要一桶水,可以將其放在轉盤上... :-P
Nanite
2015-04-30 12:14:53 UTC
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向心力和離心力僅對於在旋轉系統中穩定保持的物體相等。

一個很好的類比是1)重力和2)地面支撐力之間的差推高你。離心力和重力並不是很合適的力,因為它們實際上更像是固定加速度。要將它們表示為一種力,我們需要將其乘以物體的質量。

地上推向您的力(抵消重力)是與腳的表面有關的非常真實的力分子緊貼地面的表面分子。同樣,旋轉的水桶中水的向心力是支撐水桶中水的真實接觸力。

但是對於下落的物體,沒有支撐力,但重力繼續向下拉。站在地面上的觀察者。同樣,對於觀察者與水桶一起旋轉的水滴,從旋轉的水桶中掉落的水滴也有離心力將其推開。

Count Iblis
2015-05-28 01:13:05 UTC
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一個完全虛構的示例:考慮一個在慣性系中靜止的遠處物體。在該框架中,您以一定的角速度旋轉。在您的非慣性靜止框架中,物體以相反的角速度旋轉,因此它具有向您的向心加速度。那麼,我們如何解釋作用在物體上的虛擬向心力呢?由於使用了非慣性框架,因此會產生離心力,但是該力的作用方向相反,它徑向向外。但是,還有一個虛擬的力作用在物體上,科里奧利力的大小是離心力的兩倍,並且徑向向內(在這種情況下)。因此,在這種情況下,虛擬的向心力是離心力和科里奧利力的總和。

bdsl
2015-04-30 17:07:16 UTC
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說它們相同是錯誤的。我想看一段簡短的視頻,最好選擇一個與您的目的最相關的視頻,而不要提及另一個。

向心力是向內拉動一個物體以在一個物體上保持其運動的力。圓-在您的情況下,手臂在水桶擺動時對其的拉力。

離心力有兩種可能的含義。可以是

  1. 牛頓III的向心力的對應物,或者是
  2. 在旋轉參考系中消失的虛構力以及科里奧利力。
  3. ol>

    在您的情況下1.是鏟斗在手臂上的拉力。我只在視頻中介紹2.如果在旋轉相機以匹配鏟斗的運動的情況下拍攝或製作動畫序列或動畫。按照這種順序,鏟斗將保持靜止,並且離心力會將其拉離您。

Charles Crummer
2019-06-30 20:32:38 UTC
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在水平方向上擺動的鏟斗或重物上的離心力和向心力比在垂直方向上擺動的鏟斗更容易解釋,因為在這種情況下重力不會使事情複雜化。根據牛頓第二定律,必須施加向心力以使重物沿圓周運動,即朝圓周中心加速。這是因為根據牛頓的第一定律,如果沒有這種力,砝碼會直線飛行。根據牛頓第三定律,重量會向心力施加反作用力。這就是離心力。

Ernie
2015-04-30 09:52:05 UTC
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這是您向班級解釋這兩種力之間的區別的方法:

旋轉水桶時,向心力由手臂,繩索和水桶承載。它向內指向您的肩膀,這是旋轉的水桶形成的圓圈的中心。

離心力是由水桶中的水的慣性引起的。慣性是水的動量,以與您的手臂和繩索成直角的直線連續,與迴旋桶形成的圓周相切。離心力並不是真正的力-它是將桶中的水從肩膀上抽走的表觀力。

Wikipedia對離心力進行了更詳細的分析: http:// en。 wikipedia.org/wiki/Centrifugal_force

水(或任何物體)保持直線運動的趨勢就是慣性。
bds !:離心力是由鏟斗中水的慣性引起的視在力。感謝您指出我的錯誤。我已經編輯了答案。


該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 3.0許可。
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