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向心力
(物理學名詞)
鎖定
在古典力學中,向心力是當物體沿着圓周或者曲線軌道運動時,指向圓心(曲率中心)的合外力作用力。“向心力”一詞是從這種合外力作用所產生的效果而命名的。這種效果可以由彈力、重力、摩擦力等任何一力而產生,也可以由幾個力的合力或其分力提供。
目錄
- 1 公式
- 2 相關知識
- 3 分類
- ▪ 勻速圓周運動和非勻速圓周運動
- ▪ 變速圓周運動
向心力公式
質量為m的物體以速度v沿曲率半徑為r的曲線運動時所需的向心力F 單位N 為:
其中:v為線速度 單位m/s,ω為角速度(單位rad/s),m為物體質量(單位kg),r為物體的運動半徑(單位m),T為圓周運動週期(單位s8),f為圓周運動頻率(單位Hz),n為圓周運動轉速(即頻率)單位r/s。
向心力相關知識
(1)向心力是從力的作用效果來命名的,因為它產生指向圓心的加速度,所以稱它為向心力。它不是具有確定性質的某種類型的力。相反,任何性質的力都可以作為向心力。實際上它可是某種性質的一個力,或某個力的分力,還可以是幾個不同性質的力沿着半徑指向圓心的合外力。
(2)向心力為何不把物體拉向圓心
圖1 向心力(4張)
(3)勻速圓周運動(曲線運動)是變速運動
從運動學角度可以證明,做勻速圓周運動的物體的加速度大小為a=v²/r=ω2r,方向總是指向圓心,因此勻速圓周運動的加速度,叫向心加速度。向心加速度總與速度垂直.只改變線速度的方向,不改變線速度的大小.方向與向心力相同,指向圓心。
(4)有沒有離心力?
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座標,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。
向心力分類
向心力勻速圓周運動和非勻速圓周運動
圓周運動按照速度大小是否變化可分為勻速圓周運動和非勻速圓周運動兩類。
做勻速圓周運動的物體,速度大小不變,只是方向改變,因此加速度總是指向圓心,其大小不變;合外力亦總是指向圓心,大小不變。
向心力(16張)
向心力變速圓周運動
在勻速圓周運動中,合外力不改變線速度大小,只改變線速度方向,向心力即為物體所受的合外力;在變速圓周運動中,合外力一方面要改變線速度的大小,另一方面要改變線速度的方向,所以向心力不一定等於物體所受的合外力,並且由於變速圓周運動線速度大小不恆定,所以變速圓周運動中向心力大小不恆定。
- 參考資料
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- 1. 什麼是向心力?什麼是離心力? .維基百科[引用日期2014-03-28]