向心力与离心力的区别

17 Mar 2025 | 6 分钟阅读

向心力和离心力是两种不同类型的力。学生们在讨论这两种力时，常常需要澄清。在本文中，您将了解向心力和离心力及其区别。

什么是力？

力是物体之间相互作用的量度。力是矢量，意味着它既有大小又有方向。在物理学中，力被定义为质量与加速度的乘积，即 F = ma。

作用在物体上的力有很多种，包括引力、电磁力和机械力。力可以使物体加速、改变方向或改变形状。力的国际单位制（SI）单位是牛顿（N），它等于将一千克质量的物体以每秒一米每秒的速度加速度所需的力。

向心力是一种施加在沿圆形路径运动的物体上的力，其方向指向路径的中心。它的大小等于物体的重量，并使物体保持圆周运动。这种力引起了向心加速度，即物体指向圆形路径中心的加速度，它总是垂直于物体的速度。

另一方面，离心力是物体在圆形路径上运动时感觉到的一种视在力，其方向远离路径的中心。它不是真正的力，而是观察者感觉到的主观感觉，是物体惯性的结果。离心力的大小与向心力相同，但方向相反。

1. 向心力

在物理学中，向心力被定义为指向圆形路径中心并维持物体运动所需的力。这种力垂直于物体的速度，且大小等于物体的重量。施加在物体上的向心力指向物体圆周运动的中心方向。这种力引起物体向中心的加速度，并维持物体的圆周运动。它的大小等于物体的重量，且始终垂直于其速度。

Difference between Centripetal and Centrifugal Force

向心力的公式为

F = mv²/r

其中

F 是向心力，

m 是物体的质量，

v 是速度

r 是圆形路径的半径。

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向心力是一种作用在沿圆形路径运动的物体上的力，它只指向路径的中心。为了保持物体沿圆形路径运动并防止其沿直线运动，这种力是必需的。
向心力的公式由方程 F = mv²/r 给出，其中 m 是物体的质量，v 是物体的速度，r 是圆形路径的半径。
张力，例如悠悠球线或测距球的绳索，通常提供向心力。它也可以由引力提供，例如行星绕太阳运行。
乘坐游乐园游乐设施，例如过山车或旋转游乐设施的人会体验到向心力。这种力有时非常强大，以至于有些人会感到头晕或恶心。
在物理学中，向心力经常与圆周运动和匀速圆周运动一起讨论，这两种运动是物体以恒定速度沿圆形路径运动的类型。理解向心力在工程、天文学和交通运输等许多领域都很重要。

2. 离心力

离心力是一种在物体沿圆形路径运动时出现的现象。这种力总是远离物体的运动路径，其强度与物体的质量和运动速度成正比。

当物体沿圆形运动时，它不断改变方向，这意味着它也在不断加速。由于该力与路径中心的方向相同，因此其加速度，称为离心加速度，也指向路径的外部。负责这种加速度的力称为离心力。

“离心力”一词常用来描述作用在沿圆形运动的物体上的视在力，该力似乎将其推离中心。但这并不是一种力，而是由物体的惯性产生的错觉。惯性是物质的内在属性，它使物体倾向于沿直线运动，当物体沿圆形运动时，它会产生一种力的错觉，将物体向外推。

因此，离心力是惯性引起的假想力；它不是真实的。这是沿圆形路径运动的物体所经历的一种感觉，这种感觉似乎远离旋转中心。

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离心力是一种“假想”力，通常用来描述沿圆形路径运动的物体所感觉到的视在力。值得注意的是，离心力也可以称为伪力或假力，因为它通常不是真实感受到的，而是物体沿圆形运动的惯性所致。以下是关于离心力的一些要点：

离心力的大小取决于物体的质量和它沿圆形路径运动的速度。质量越大，速度越快，离心力就越强。
离心力始终指向物体运动的圆的中心之外。因此，“径向力”一词也用于表示该力。
当物体沿圆形路径运动时，作用在其上的合力并非如人们所预期的那样为零。相反，有一个指向圆心的合力，称为向心力，它被离心力所平衡。
离心力可能对大型系统产生重大影响。例如，在大气层中，地球的自转导致大气层因离心力而在赤道处隆起，在两极处变扁。
许多实际应用都使用离心力，例如，在离心机中用于将较稠密的物质与较不稠密的物质分离，在洗衣机中用于旋转烘干衣物，以及在过山车中制造刺激。
它还广泛应用于航空航天、汽车制造甚至发电等许多行业。
它在大小上等于向心力，但在方向上相反。

离心力的公式如下：

F = m * v² / r，其中 m 是质量，v 是速度，r 是距旋转轴的径向距离。

其中

o *F 是离心力*

o *m 是物体的质量*

o *r 是物体距旋转中心的距离*

该方程仅为近似值，并且在物体进行匀速圆周运动时有效。此外，重要的是要注意，离心力不是真正的物理力，而是物体沿圆形路径运动所产生的“视在”力。这种“视在”力作用于旋转中心之外。

另一个公式是离心力 = m * v²/r；这里 v 是切向速度。