地球的自转,会产生一种力,把地球上的物体向外甩出去,这种使旋转的物体远离它的旋转中心的力叫做离心力。
离心力的大小和产生离心力的物体自转速度有关,自转速度越大,离心力越大。
一个自行车的车轮上粘满了泥巴,这时只要快速转动车轮,车轮上的泥巴就向四周飞去。此时,泥巴受到了离心力。泥巴从旋转的车轮上飞出去时,受到了车轮的推力,这推力就是离心力,没有这推力,泥巴不会飞离车轮。
离心力不是虚拟力,是切切实实存在的一种力。
牛顿说“离心力是种虚拟力,并不真实存在。”
关于“离心力是虚拟力”的解释如下:
“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 ,与绳子提供的拉力相等,但方向与之相反。引入离心力后,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。
假设离心力存在,则与向心力相平衡,物体受力平衡,速度方向不会改变,是平衡态,不可能做圆周运动,所以证明离心力并不存在,即离心力是以力的作用效果来命名的。”(现在称这段话为“离心力是虚拟力的解释”,简称“解释”)。
这个解释是有漏洞的。
1.木块随着圆盘的转动做圆周运动,由于木块与圆盘间无摩擦力,凭什么说圆盘的旋转速度与木块的旋转速度一致?谁能来证明一下?当圆盘旋转起来后,才带动中心点的“那点绳子”转动,中心点的绳子带动整根绳子转动,整根绳子才带动木块旋转,凭什么说圆盘的转动速度与木块一定是相同的?
2.上面的解释说“木块只受到一个力,就是绳子的拉力”,这个说法的意思是木块只受到绳子的拉力,拉力方向是指向圆盘中心的。但这个说法是错误的。
木块之所以旋转,受到的不是绳子的拉力,是绳子自身的弹力。
在“离心力是虚拟力的解释”中,绳子必须是有韧性有弹性的,才能实现“解释”中所描述的情况,如果是一根软软的绳子,则这很绳子会慢慢缠绕在圆盘中心。
绳子是有韧性有弹性的,当圆盘中心转动,靠近圆盘中心的“那点绳子”会跟着转动,(因为绳子的一端是固定圆盘中心的),绳子由于有韧性就会出现弯曲,由于弹力(万有引力)的作用,绳子准备恢复成直直的状态,离圆盘中心远的那部分绳子就会向前运动,最后带动木块向前运动。(在这里完全不考虑摩擦力,因为“解释”中已明确说了,圆盘是光滑的,摩擦力为0)。在这过程中,绳子受到的弹力(万有引力)是垂直于绳子的。简单地说,可以把绳子看成一根有韧性的树枝条,树枝条的一端固定在圆盘中心,圆盘转动,树枝条会变弯曲,然后树枝条在弹力(万有引力)作用下会努力恢复本来直直的状态,即向前弹去,带动末端的木块向前弹去。让树枝条向前运动的弹力是分子之间的作用力,这个分子之间的作用力从根本上说是万有引力,这个力垂直于树枝条。
所以“解释”中说“木块只受到一个力,就是绳子的拉力(拉力指向圆盘中心)”是错误的。
3.“解释”中说“假设离心力存在,则与向心力相平衡”,意思是说木块做圆周运动受到了向心力。这种说法错误。因为既然说到向心力,就是说木块受到的合力是指向圆盘中心的。实际上木块受到的合力并不指向圆盘中心。木块受到的是绳子的弹力,这个弹力从根本上说是万有引力(称为万有引力F1),这个万有引力F1的方向是沿木块圆周运动轨迹的切线方向。这个万有引力F1就是木块受到的离心力,此时,木块之所以没飞出去,是因为木块是通过绳子固定在圆盘中心的,受到一个阻力,阻力与离心力大小相等,方向相反,达到平衡状态。然后接着圆盘继续转动,带动圆盘中心的“那点绳子”转动,绳子产生弹力(即万有引力)带动木块向前运动,此时木块受到的弹力(即万有引力)称为万有引力F2。在F1和F2的共同作用下,木块不得不转弯,沿曲线运动。最终,木块做圆周运动。木块做圆周运动时在任意一个点上受到的力都是几个弹力的合力,这个合力的方向并不指向圆盘的中心。F1和F2都是离心力。
总结:牛顿说“离心力是虚拟力,并不真实存在”的说法是错的,对这个说法的解释有非常大的漏洞,对这个说法的解释是绝对错误的。
再次述说,一个自行车的车轮上粘满了泥巴,这时只要快速转动车轮,车轮上的泥巴就向四周飞去。泥巴之所以从旋转的车轮上飞出去了,是因为受到了车轮给予的推力,如果不受到这个推力,泥巴就飞不出去。这个推力就是离心力,这个推力是真实存在的,所以离心力是真实存在的一种力,不是虚拟力。
下面是网友关于离心力的论述:
“在天体上,卫星在主星边缘做惯性运动,由于主星的引力束缚了卫星,使卫星做圆周公转,如果卫星的惯性运动力(离心力)大于主星的引力束缚力,那卫星便远离中心一些。在地球上,物体在不动的中心边缘做惯性运动,由于物体的结合力束缚物体,使物体做圆周旋转,如果物体的惯性运动力(离心力)大于物体的结合力,那惯性运动的物体便远离中心而去。”
网友关于离心力的论述,是错误的。
分析: 地球上的所有物体都被牢牢吸引着,由于地球自转,这些物体确实受到了离心力,但是受到的离心力非常微弱。如果受到的离心力较大的话,地球上的物体将到处飞散。所以(可以估计)地面上的物体受到的离心力是受到的万有引力的几万分之一。 那么距地面几百千米高的卫星受到的离心力更微弱,也是受到的万有引力的几万分之一。怎么能说卫星受到的离心力大于万有引力,卫星便离中心远一点呢? 现在问那位网友一下,主星给予卫星离心力,是通过什么实现的呢?毕竟主星与卫星之间是茫茫太空。
以地月系统为例,月球围绕地球公转,有时离地球远点,有时离地球近点,是因为地球与月球间存在万有引力,并且地球是不断运动的,会偏离月球做圆周运动的中心点。月球会受到地球电磁力的作用,这个电磁力就是月球受到的离心力,月球受到的离心力是真实存在的,只是非常微弱,和万有引力不在一个级别。离心力不是月球“远地点和近地点”形成的原因。
地球上的人类受到的离心力与受到的万有引力比起来微不足道,如果受到的离心力大一点,人类就不可能稳稳的站立在地球上。
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