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。
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。
向心力是物體在圓周運動中所感受到的力。
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。
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:
水想要掉下來,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。
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。
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。
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
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。
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。
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