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向心力有多大?

當事物在圈子里移動時,為什么總是有向心力呢?回想一下運動定律。如果某些東西沿著彎曲的路徑行進,它的速度會一直在變化,因為它的方向一直在變化。如果速度在變化,它就會加速(即使它的速度是恒定的)。如果它在加速,就必須采取行動 - 有時候是一股非常大的力量。所有這些陳述都直接來自動議法。

大型NASA離心機

照片:現在這就是我所說的離心機!你可以看到站在底部,中心,戴著紅色安全帽的小男人有多大。這是NASA用來觀察太空船(甚至整個衛星)是否能承受極端力量的發射階段模擬器。巨大的旋轉臂由兩個1250馬力的馬達提供動力,產生的力量可達30克(重力的30倍或典型過山車所感受力的 15倍 )。照片由美G宇航局戈達德太空飛行中心和美G宇航局提供。

高速旋轉物體,你很快就會產生很大的力量。如果你曾經在衣物洗衣機上洗了一雙厚重的窗簾,而且它們已經在鼓的一側揉成一團,那么你會非常清楚地看到它。當談到zui后一次旋轉時,機器將會敲打并咔噠作響并盡zui大努力逃離廚房(可能在此過程中損壞自己)。當事物高速旋轉時,所涉及的力量可能是巨大的。這就是為什么zui好平衡洗衣機和混合負載(永遠不要自己洗一個項目)以及為什么你需要非常小心地平衡實驗室離心機

向心力究竟有多大?物理定律告訴我們,使物體繞圓圈所需的向心力由這個小方程給出:

F =(mv 2)/ r

這里,m是物體的質量,v是速度,r是圓的半徑。因此,物體的質量越大,物體越快,保持轉動所需的力就越大。

讓我們嘗試一些實數。假設你有一輛1000公斤的汽車繞著半徑50米的彎道以40英里/小時(大約20米/秒)行駛。輪胎和道路之間的力是1000 x 20 x 20/50 = 8000牛頓或大約是典型人體重的10倍。當汽車繞彎道時,向心力從何而來?它只能來自一個地方:輪胎和道路之間的摩擦。對于四個小橡膠來說,一個人體重的十倍是相當大的力量輪胎提供,特別是當你認為每個輪胎只有一小部分接觸路面時。現在使彎曲兩次緊,你會看到力加倍到16,000牛頓(因為r減半)。如果汽車的速度加倍(v加倍),則力量將增加四倍,達到32,000牛頓(一個人的重量的40倍 - 或者相當于每個輪胎上10個人的力量)。這就是為什么你更容易高速打滑的原因:你的汽車輪胎和公路之間的摩擦不能提供足夠的向心力來讓你在一個圓圈內行進,所以你在切線時嗖嗖地說:你向自然鞠躬趨勢并保持直線。

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