離心力

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离心力英语centrifugal force)是一种虚拟力或称惯性力,它使旋转的物体远离它的旋转中心。在牛顿力学里,离心力曾被用于表述两个不同的概念:在一个非惯性参考系下观测到的一个惯性力,和向心力的反作用力。在拉格朗日力学下,离心力有时被用来描述在某个广义坐标下的广义力

在通常语境下,离心力并不是真实存在的力。它的作用只是为了在旋转参考系(非惯性参考系)下,牛顿运动定律依然能够使用。在惯性参考系下是没有惯性力的,在非惯性参考系下(如旋转参考系)才需要有惯性力,否则牛顿运动定律不能使用。

想象一个围绕中心旋转的圆盘,角速度为ω。在圆盘上有一个质量为m木块,木块由绳子连接,绳子的另一端固定在圆盘的中心(也是旋转中心),绳长为r。木块随圆盘一同转动,假设没有任何摩擦力,木块的旋转是由于绳子的拉力。在随圆盘一同转动的观察者看来,木块是静止的。根据牛顿定律,木块受到的合力应为零。但是木块只受到一个力,就是绳子的拉力,所以合力不为零。那么这违反牛顿定律吗?牛顿定律只有在惯性系下才成立,但是随圆盘一同转动的观察者所在的参考系是非惯性系,所以牛顿定律在这里不成立。为了使牛顿定律在非惯性系下仍然成立,那么就需要引用一个惯性力,即离心力。离心力的大小为m\omega^2r,与绳子提供的拉力相等,但方向与之相反。引用离心力后,在随圆盘一同转动的观察者看来,木块同时受到绳子的拉力和离心力,大小相等,方向相反,合力为零。此时木块静止,牛顿定律成立。