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主要内容

什么是向心力?

了解向心力的含义以及如何计算它。

什么是向心力?

向心力是一种作用在物体上使物体沿着圆周进行运动的净力.
在我们关于 向心加速度 的文章中, 我们学习到了任何沿着半径为 r 的圆周以 v 速度运动的物体都会受到一个指向圆周中心的向心加速度,
a=v2r.
然而, 我们应该先讨论物体是 如何 沿着圆周进行运动的. 牛顿第一定律 告诉我们一个物体会继续沿着一条直线运动直到被一个外力所影响. 在这里外力是向心力.
理解向心力不是一个 基本力 是很重要的, 而只是一个给使得物体沿着圆周运动的 净力 的标签. 一个正在旋转的绳球的绳子上的张力和使得卫星保持轨道运行的重力都是向心力的例子. 甚至可能包含多个单独的力只要他们加起来 (通过向量加法) 能形成一个指向圆周中心的净力.
先从 牛顿第二定律 开始:
a=Fm
然后让它与向心加速度相等,
v2r=Fm
我们可以看出向心力 Fc 有大小
Fc=mv2r
并且方向始终指向圆周的中心. 同样的, 如果 ω角速度 那么因为 v=rω,
Fc=mrω2

绳球

一个能清楚说明向心力的仪器包含了一个做水平圆周运动的轻质绳子拴着的质量 (m1) , 绳子另一端穿过一个空心管并系着另一个质量 (m2) , 如图 1 所示.
图 1: 一个支持旋转的绳球的质量 m2 提供的向心力的演示.
图 1: _一个支持旋转的绳球的质量 m2 提供的向心力的演示._
练习 1: 如果 m1 是一个 1 kg 沿着半径为 1 m 的圆周做运动的物质并且 m2=4 kg 假设两个物质都不做垂直运动并且绳子和管道之间的摩擦力可以忽略不计, 角速度是多少?

汽车转弯

练习2: 汽车在水平的街道上以10m/s的速度转弯,同时圆形路径的转弯半径为15m。 为了使汽车转弯时不打滑,轮胎与地面之间的最小静摩擦系数是多少?

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