離心力

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慣性離心力離心力不同,慣性離心力是一種因應圓周運動參照系而假想慣性力,正確來說並非一種力,用途只是要令牛頓運動定律能在該非慣性參照系看似有效。

嚴謹來說,離心力則是向心力反作用力,作用於向心力提供者。然而,雖然「離心」字面上應是解成「力的方向為指出圓心」,但事實上向心力的反作用力並不一定是指出圓心的。考慮一個雙星系統:恆星A與恆星B之間有引力相互作用。A施加於B的引力是令B作圓周運動的向心力,反之亦然。不過,由於引力是相互吸引的,所以無論從A或B的角度看各自向心力的反作用力,都是指向圓心的,因此並非「離心」。

慣性離心力並非一種真實的力。考慮一圓盤以某個角速度ω作圓周運動。假想無任何的摩擦力,並假設有一質點在圓盤上某個位置與繩子連繫著,因此質點跟圓盤一起轉動。在圓盤上觀察質點的話,由於觀察者連同圓盤和質點一起轉動,觀察者看到的質點是靜止。但從靜止的地上觀察,質點的確正跟圓盤轉動,而且提供向心力(大小為mrω^2)的是繩子中張力。根據牛頓第一或第二定律,質點上的合力需為零才達至靜止。哪麼圓盤上的觀察者可能會想:「這違犯了第二定律嗎?」因此,圓盤上的觀察者可能會假想有一慣性離心力,無論是大小或方向剛剛是張力的相反(大小為-mrω^2),用作「平衡」向心力,令合力為「零」。

事實上,我們僅能在一個慣性參照系以牛頓第一和第二定律解釋物體運動(當然物體速率遠遠不及光速)。而圓盤具有向心加速度,因此相對地球並非一個慣性參照系。此時利用牛頓第二定律並不合適。假想一個慣性離心力只是令到該定律看似有效。這並非一個真正的力,既沒有施力者,也沒有反作用力。

美國濃縮鈾廠的離心機就是利用離心力提煉核子原料
呈圓周運動的圓球所感受到的作用力。中間示意圖展示從慣性參考系觀測到的圓球環繞著中心點旋轉所感受到的作用力。右邊示意圖展示從共旋轉參考系觀測到固定不動的圓球所感受到的作用力。

當物體在做非直線運動時(非牛頓環境,例如:圓周運動或轉彎運動),因物體一定有本身的質量存在,質量造成的慣性會強迫物體繼續朝著运动轨迹的切線方向(原來那一瞬間前進的直線方向)前進,而非順著接下來轉彎過去的方向走。

若這個在做非直線運動的物體(例如:車)上有乘客的話,乘客由于同样随着车子做转弯运动,会受到车子向乘客提供的向心力,但是若以乘客为参照系,由于该参照系为非惯性系,他会受到与他相对静止的车子给他的一个指向圆心的向心力作用,但同时他也会给车子一个反向等大,由圆心指向外的力,就好像没有车子他就要被甩出去一样,这个力就是所谓的离心力。

由于处于非惯性系中,此狀況下物體所感受的力並非真實,所以有些说法會稱這種現象為「離心力」。

相对转动的非惯性系中的物体,所受离心力为F=m\omega^2r(其中\omega表示非惯性系自身转动的角速度)。需要注意的是,该离心力方向为沿半径背离圆心

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