向心力的含义(向心力是真正的力吗)

离心力在我们的日常生活中无处不在，但它真的是我们想象的那样吗？当我们坐在行驶的汽车里，汽车转弯时，我们能感受到它的存在；当我们在旋转木马上玩耍时，我们也能感受到它的存在。有一天，它甚至可能为宇宙飞船和空间站提供人造重力。

但是，人们常常把离心力和它对应的向心力混为一谈，因为它们关系密切，本质上是一个硬币的两面。

离心力和向心力

根据定义，向心力是“保持物体在曲线路径上运动所必需的力，该力向内指向旋转中心”，而离心力的定义是“物体在远离旋转中心的曲线路径上运动时所感受到的表观力”。

请注意，这里所说的向心力是一个实际的力，而离心力的定义是一个视在力和一个虚力。换句话说，当物体在绳子上旋转时，绳子对物体施加向内的向心力，而物体对绳子施加向外的离心力，也就是向心力的反作用力。

华盛顿大学的一位研究物理学家表示，的向心力和离心力的区别“与采用不同的参考系有关，即从不同的角度测量，结果会有所不同。向心力和离心力其实是完全一样的力，只是方向相反，因为它们来自不同的参考系。

如果你从外部观察一个旋转系统，你会看到一个向内的向心力将旋转体限制在一个旋转半径形成的圆形路径上。但是，如果你是这个旋转系统的一部分，你会感觉到一个明显的离心力，把你往远离圆心的方向推出去。

牛顿运动定律描述了这种明显的外力。牛顿第一定律指出，一个静止的物体将保持静止，一个运动的物体将保持运动，除非受到外力的作用。

如果一个巨大的物体在空间中做直线运动，其惯性会使其保持直线运动，只有施加外力才能加速、减速或改变方向。为了使其沿圆形路径运动而不改变速度，需要对运动路径施加一个连续的直角向心力(避免物体向外运动)。这个圆的半径(r)等于质量(m)乘以速度(v)的平方除以向心力(f)。R=mv 2/f或者可以写成f=mv 2/r。

牛顿第三定律指出，对于每一个力，都有一个大小相等方向相反的力，就像万有引力使你站在地面上，地面同时给你一个支撑力。当你坐在加速行驶的汽车里，座椅会对你施加一个向前的力，就像你对座椅施加一个向后的力一样。

在旋转系统中，向心力将物体向内拉以保持弯曲的路径，而物体因其惯性被向外推。在每种情况下，只施加一个真正的力，而另一个只是反作用力。

离心机对血液施加向心力，根据密度进行分离。

现实生活中，运用向心力的例子很多。一个是模拟宇航员训练的加速装置。火箭刚发射的时候，里面装满了燃料和氧化剂，几乎动不了。然而，随着它的上升，燃料以惊人的速度燃烧，火箭的重量不断减少。牛顿第二定律陈述力等于质量乘以加速度，即F=ma。

在大多数情况下，物体的质量保持不变。对于刚才例子中的火箭，其质量迅速下降，而火箭发动机提供的推力几乎不变，导致加速阶段末期的加速度增加到正常重力的几倍。美国宇航局使用大型离心机来训练宇航员应对这种极端加速度。在这种应用中，向心力是通过从座椅靠背向内推动宇航员来实现的。

向心力应用的另一个例子是实验室离心机，用于加速悬浮在液体中的颗粒沉积物。这项技术的一个常见用途是分析血液样本。由于血液的独特成分，在离心机的作用下，很容易将红细胞从血浆中分离出来。典型的离心机可以达到正常重力600到2000倍的加速度，迫使较重的红细胞沉降在底部，由于密度不同，形成各种成分的层。