离心力与向心力的区别
物体只有一直被往圆心拉,才会沿着圆运动。这幅图展示真实存在、指向圆心的向心力——以及它带给你的那股向外的离心错觉,而后者并不是真实的力。
物体只有一直被往圆心拉,才会沿着圆运动。这幅图展示真实存在、指向圆心的向心力——以及它带给你的那股向外的离心错觉,而后者并不是真实的力。
绳子上转的球、弯道上的汽车、绕行星运行的月亮——它们都在做圆周运动,而仅凭速度本身永远做不到这一点。速度既有大小也有方向,所以任何沿曲线运动的物体,每一刻都在改变方向。速度只要改变就是加速度,而加速度永远需要它背后有一个力。
这个力就叫向心力。它笔直指向圆心,作用在运动的物体上。由于它始终与运动方向成直角,它不会让物体加速或减速——它只负责“转向”,把笔直的路线掰成一条圆。
当转弯的是你自己时,你会感觉被往外推。这股向外的感觉就是离心力:一种只在旋转参考系里、当你从转弯内部描述运动时才会出现的貌似力。从外部看,并没有单独的一股力把你往外推——物体只是一边保持惯性前进,一边被往圆心拉。
做圆周运动的物体每一刻都在改变方向,所以必须有指向圆心的力作用在它身上。没有这个力,它的路线就会是一条直线。
这个向内的拉力叫向心力。它沿着半径——也就是从物体到圆心那条线——作用,绝不沿着运动方向。
物体越快、圆越紧,所需的力就越大。用公式写就是 F = m·v² / r:速度翻倍需要四倍的力。这就是为什么汽车在又快又急的弯道上需要大得多的抓地力。
被强制转弯会感觉像被甩向外侧,我们把这股感觉叫离心力。它只是表象:只在旋转参考系里存在,并没有外部的东西真的把物体往外推。
剪断绳子,向心力便不复存在,物体于是沿着切线方向直线飞出。它绝不是从圆心向外飞,而是沿圆的切线离开。
作为作用在运动物体上的力,它并不存在。在固定参考系里,物体受到的唯一横向力是指向圆心的向心力。离心力是旋转参考系里感觉到的一种貌似向外的效应,就像汽车转弯时你感到的那股侧向推挤。
向心力是真实的,指向圆心,作用在运动的物体上。离心力是表象,指向外侧;只有在旋转参考系里描述运动时它才会出现。
凡是能把物体约束在曲线上的东西都可以:绳子的张力、对月球或卫星的重力、轮胎与路面之间的摩擦,或倾斜赛道的支持力。向心力描述的是“职责”,不是一种新的力。
因为转得越快,方向改变得也越快。速度翻倍需要四倍的力,这就是为什么汽车在又快又急的弯道上需要大得多的抓地力。
物体会停止转弯,沿着切线方向直线飞出,正如牛顿第一定律所预言的。绳子一断,物体是沿直线飞出去,而不是从圆心向外飞。