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机械百科

向心力

时间:2016-09-25 09:57:43   作者:   来历:   阅览:129   谈论:0
    在古典力学中,向心力是当物体沿着圆周或许曲线轨迹运动时,指向圆心(曲率中心)的合外力效果力。“向心力”一词是从这种合外力效果所发生的效果而命名的。这种效果能够由弹力、重力、摩擦力等任何一力而发生,也能够由几个力的合力或其分力供给。
    因为圆周运动归于曲线运动,在做圆周运动中的物体也一起会遭到与其速度方向不同的合外力效果。关于在做圆周运动的物体,向心力是一种拉力,其方向跟着物体在圆周轨迹上的运动而不断改动。此拉力沿着圆周半径指向圆周的中心,所以得名“向心力”。向心力指向圆周中心,且被向心力所操控的物体是沿着切线的方向运动,所以向心力必与受控物体的运动方向笔直,仅发生速度法线方向上的加快度。因而向心力只改动所控物体的运动方向,而不改动运动的速率,即便在非匀速圆周运动中也是如此。非匀速圆周运动中,改动运动速率的切向加快度并非由向心力发生。
    向心力的巨细与物体的质量(m)、物体运动圆周半径的长度(r)和角速度(ω)有着密切关系。

公式

    质量为m的物体以速度v沿曲率半径为r的曲线运动时所需的向心力F为:
向心力
    其间:v为线速度 单位m/s,ω为角速度 单位rad/s,m为物体质量 单位kg,r为物体的运动半径 单位m,T为圆周运动周期 单位s,f为圆周运动频率 单位Hz,n为圆周运动转速(即频率)单位r/s。
在粒子加快器中,粒子的速度接近于真空中的光速,考虑到相对论效应,向心力的表达式为:
向心力
其间
 向心力 为洛伦兹因子:
向心力

相关知识

(1)向心力是从力的效果效果来命名的,因为它发生指向圆心的加快度,所以称它为向心力。它不是具有确认性质的某种类型的力。相反,任何性质的力都能够作为向心力。实践上它但是某种性质的一个力,或某个力的分力,还能够是几个不同性质的力沿着半径指向圆心的合外力。
(2)向心力为何不把物体拉向圆心
做圆周运动的物体,速度方向时间要改动,为了改动物体速度的方向,需求必定巨细的力,想象物体没有受力,那么在惯性效果下不是会沿着切线方向飞出去吗?而物体做圆周运动时,向心力的巨细    刚好就等于所需求的力,因而它没有“余力”把物体拉向圆心。实践上,给予的拉力大于所需的向心力,就的确会把物体拉向圆心,而假如所给予的力小于所需的向心力,就会在水平切线方向有一个分速度,然后令运动的物体做违背圆周轨迹的曲线运动。
(3)匀速圆周运动(曲线运动)是变速运动
    匀速圆周运动的速度方向时间改动,必定存在加快度.从运动学视点能够证明,做匀速圆周运动的物体的加快度巨细为a=v2/r=ω2r,方向总是指向圆心,因而匀速圆周运动的加快度,叫向心加快度。向心加快度总与速度笔直.只改动线速度的方向,不改动线速度的巨细.方向与向心力相同,指向圆心。
(3)有没有离心力?
    离心力(Centrifugal force)是一种惯性的体现,实践是不存在的。为使物体做圆周运动,物体需求遭到一个指向圆心的力--即向心力。若以此物体为原点树立坐标,看起来就好像有一股与向心力巨细相同方向相反的力,使物体向远离圆周运动圆心的方向运动。(当物体受力不足以供给圆周运动所需向心力时,看起来就好像离心力大于向心力了,物体会做远离圆心的运动,这种现象叫做“离心现象”。)
    假设若离心力存在,则与向心力相平衡,物体受力平衡,速度方向不会改动,是平衡态,不行能做圆周运动,所以证明离心力并不存在,即离心力是以力的效果效果来命名的。

分类

    匀速圆周运动和非匀速圆周运动圆周运动依照速度巨细是否改动可分为匀速圆周运动和非匀速圆周运动两类。
    做匀速圆周运动的物体,速度巨细不变,仅仅方向改动,因而加快度总是指向圆心,其巨细不变;合外力亦总是指向圆心,巨细不变。
    做非匀速圆周运动的物体,速度方向和巨细均变,它除了有指向圆心的加快度外,还有沿切线方向的加快度,所以合加快度不指向圆心,所受合外力也不指向圆心。物体的向心加    速度巨细a=v2/r随v值改动,向心力a随F=ma值改动.例如,小球沿竖直平面内的润滑圆轨迹运动,如图所示,球从上向下经过A点时的受两个力效果,其间重力G方向与Va相同,使小球速度巨细发生改动,轨迹弹力N与Va笔直,指向圆心,使小球速度方向发生改动,即供给小球做圆周运动的向心力,合力F与Va成一视点,并不指向圆心。
变速圆周运动
    中向心力巨细不稳定
    在匀速圆周运动中,合外力不改动线速度巨细,只改动线速度方向,向心力即为物体所受的合外力;在变速圆周运动中,合外力一方面要改动线速度的巨细,另一方面要改动线速度的方向,所以向心力不必定等于物体所受的合外力,而且因为变速圆周运动线速度巨细不稳定,所以变速圆周运动中向心力巨细不稳定。

标签:向心力 
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