離心力(自然學科)

離心力是一種虛擬力，是一種慣性力，它使旋轉的物體遠離它的旋轉中心。在牛頓力學裡，離心力曾被用於表述兩個不同的概念：在一個非慣性參考系下觀測到的一種慣性力，向心力的平衡。在拉格朗日力學下，離心力有時被用來描述在某個廣義坐標下的廣義力。

在通常語境下，離心力並不是真實存在的力。它的作用只是為了在旋轉參考系（非慣性參考系）下，牛頓運動定律依然能夠使用。在慣性參考系下是沒有離心力的，在非慣性參考系下（如旋轉參考系）才需要有慣性力，否則牛頓運動定律不能使用。

想像一個圍繞中心旋轉的圓盤，角速度為ω。在圓盤上有一個質量為m木塊，木塊由繩子連線，繩子的另一端固定在圓盤的中心（也是旋轉中心），繩長為r。木塊隨圓盤一同轉動，假設沒有任何摩擦力，木塊的旋轉是由於繩子的拉力。在隨圓盤一同轉動的觀察者看來，木塊是靜止的。根據牛頓定律，木塊受到的合力應為零。但是木塊只受到一個力，就是繩子的拉力，所以合力不為零。那么這違反牛頓定律嗎？牛頓定律只有在慣性系下才成立，但是隨圓盤一同轉動的觀察者所在的參考系是非慣性系，所以牛頓定律在這裡不成立。為了使牛頓定律在非慣性系下仍然成立，那么就需要引用一個慣性力，即離心力。離心力的大小為 ，與繩子提供的拉力相等，但方向與之相反。引入離心力後，在隨圓盤一同轉動的觀察者看來，木塊同時受到繩子的拉力和離心力，大小相等，方向相反，合力為零。此時木塊靜止，牛頓定律成立。

基本介紹

• 中文名：離心力
• 外文名：centrifugal force
• 現象：離心運動
• 公式：F=a*m

離心運動

離心運動是指物體有遠離中心運動的現象。美國濃縮鈾廠的離心機就是利用離心運動提煉核子原料。

當物體在做非直線運動時（非牛頓環境，例如：圓周運動或轉彎運動），因物體一定有本身的質量存在，質量造成的慣性會強迫物體繼續朝著運動軌跡的切線方向（原來那一瞬間前進的直線方向）前進，而非順著接下來轉彎過去的方向走。

若這個在做非直線運動的物體（例如：車）上有乘客的話，乘客由於同樣隨著車子做轉彎運動，會受到車子向乘客提供的向心力，但是若以乘客為參照系，由於該參照係為非慣性系，他會受到與他相對靜止的車子給他的一個指向圓心的向心力作用，但同時他也會給車子一個反向等大，由圓心指向外的力，就好像沒有車子他就要被甩出去一樣，這個力就是所謂的離心力。

由於處於非慣性系中，此狀況下物體所感受的力並非真實，所以有些說法會稱這種現象為“離心運動”。

相對轉動的非慣性系中的物體，所受離心力為F=mω^2r（其中ω表示非慣性系自身轉動的角速度）。需要注意的是，該離心力方向為沿半徑背離圓心。

公式

F=a*m

F——離心力；

a——向心加速度{a=ω^2*r=(v^2)/r=[4*(π^2)*r/T^2}；

m——物體質量。

（F=a*m本身是牛頓第二定律的公式的套用）

(在上式中ω指物體圓周運動的角速度，r指物體圓周運動的半徑，T指物體圓周運動的周期，π指圓周率）

離心現象

離心力（Centrifugal force）是一種慣性的表現，實際是不存在的。為使物體做圓周運動，物體需要受到一個指向圓心的力－－即向心力。若以此物體為原點建立坐標，看起來就好像有一股與向心力大小相同方向相反的力，使物體向遠離圓周運動圓心的方向運動。（當物體受力不足以提供圓周運動所需向心力時，看起來就好像離心力大於向心力了，物體會做遠離圓心的運動，這種現象叫做“離心現象”。）

離心現象

假設若離心力存在，則與向心力相平衡，物體受力平衡，速度方向不會改變，是平衡態，不可能做圓周運動，所以證明離心力並不存在，即離心力是以力的作用效果來命名的。

注意：離心力作為慣性力實際上是不存在的，偉大的科學家、物理學家笛卡爾在其“旋渦說”理論中就有此誤。故以下說法錯誤－－“當物體作圓周運動時，在其軌道切線方向上所受到了切向力，有一股分力作用在離心方向，因此稱為離心力。”

套用

在天體上，衛星在主星邊緣做慣性運動，由於主星的引力束縛了衛星，使衛星做圓周公轉，如果衛星的慣性運動力（速度）大於主星的引力束縛力，那衛星便遠離中心一些。在地球上，物體在不動的中心邊緣做慣性運動，由於物體的結合力束縛物體，使物體做圓周旋轉，如果物體的慣性運動力（速度）大於物體的結合力，那慣性運動的物體便遠離中心而去。（由於水和氣體的結合力很低，它們都會離中心而去。結合力高的金屬則不會離心而去）——如果“由於水的結合力低，他們會離中心而去”。那么水應該是往天上撒而不是往海拔低的海里留了。

衛星

離心力，由於做圓周運動的物體運動的方向或速度發生改變而產生的。是慣性力！我們知道一個物體搭一物體前進，這時兩物體速度相同，被搭乘物體由於被搭乘，慣性向前移動。物體突然改變方向，被搭乘物體還會慣性前進，由於運動方向的改變導致合外力改變從而產生離心力。

一、流星錘

流星錘，是一種將金屬錘頭繫於長繩一端或兩端製成的軟兵器，亦屬索系暗器類。僅系一錘者，繩長約五米，稱"單流星"；系兩個錘者，繩長為四尺半，稱"雙流星"。其錘有瓜形、多棱形、渾圓形等，大小如鴨卵。錘身末端有象鼻眼，用於串連環。現代武術運動中演練雙流星，主要握持繩索中段，進行立舞花、提撩花、單手花、胸背花、纏腰繞脖、拋接等花法練習，其花法同棍花和大刀花。

二、茶葉悖論

茶葉悖論描述的現象是茶葉在茶杯中的茶當被攪動後，茶葉回遊到杯底的中央，而非預想的在螺線型離心力作用下被推動到杯底的邊緣。最初的解釋來自於阿爾伯特·愛因斯坦1926年一篇用於解釋河岸侵蝕問題（拜爾定律）的論文。攪動液體使其在杯中旋轉，產生向外的離心力。

然而，靠近底部外側的液體由於於杯壁的摩擦減慢旋轉，那裡的離心力減弱從而使得壓差對水流的作用大於離心力。這就是被稱為邊界層或更確切為埃克曼層

由於離心力，沿邊緣的作用力大於中間。如果全部的液體作為一個固體旋轉，內部的向心力與外部（向心力）與轉速關聯，所以就沒有向內或向外的運動。

在一個茶杯中，旋轉在底部較慢，壓力坡度產生並隨之產生沿底度的向內的波流。向上一些，液體流向外側。這個第二波流沿底部向內流從而把邊緣外部的茶葉聚集到中央。由於茶葉的重量無法上升，所以它們停留在底部中心。結合第一旋轉波流的作用，這些茶葉將沿底部向內螺旋。

辨析

現將慣性離心力和離心力概念簡單解釋一下：

我們通常是以地面做參考系，可構想地面是靜止的，或者在不太長的距離中把地面運動視為勻速直線運動，即慣性參考系，牛頓就是在這樣的前提下才總結出了運動定律。如果參考系是變速的，即非慣性參考系，牛頓定律就不能直接套用了，因此人們假想出了“慣性”來解決牛頓定律的套用問題。慣性離心力是非慣性系中的假想力。下面舉勻速圓周運動例子：

勻速圓周運動的線速度方向時刻變化，說明有向心加速度，而向心加速度方向也時刻變化，這是個典型的非慣性系。如果有個大轉盤在作勻速圓周運動，你坐到盤上不要看周圍景物，此時就把自己置身於非慣性系了，你肯定會感覺到有某種力量想把自己推下來，而此時又沒有任何施力物推你，這種力量就稱為慣性離心力。

最後提醒一點，所謂"慣性力"只存在於非慣性系，是一種虛擬力，是為了將牛頓定律推廣到非慣性繫上使用而虛擬的一種力，在加上這樣的虛擬力後除了牛頓第三定律外，牛頓力學中的各種定律、定理在非慣性繫上都可以得以運用。