鞦韆與過山車中離心力的奧秘

2020-12-04 初中化學大師

離心力是長期以來被人們誤解而產生的一種假想力,即慣性。因為無法找出施力物體,背離了牛頓第三定律。當物體做圓周運動時,類似於有一股力作用在離心方向,因此稱為離心力。當物體進行圓周運動,即並非直線運動,亦即物體於非牛頓環境下運動,物體所感受的力並非真實。

我們知道接觸力都是由於分子間作用力宏觀的體現,若在做勻速直線運動的物體受到大小不變方向時刻改變的向心力(實際存在的力,力方向指向圓心),就會時刻扭轉物體的運動方向,這時物體就不是做勻速運動了,而是曲線運動(圓周運動是特例),受向心力作用的物體內分子也並不保持相對彼此近似靜止了,而是由於向心力起初作用物體內的那一小塊分子群的後面拉著一連串的分子,而且這個向心力時刻改變,物體內這一連串分子的運動狀態也要時刻改變(分子改變運動狀態是靠分子間距離的改變從而改變分子間作用力)。

而晚改變狀態的分子會因為早改變狀態的分子的分子間相互作用力而跟著改變運動狀態,而恰恰是這個分子間延遲效果,把物體內的拉伸力體現為了外在的離心力,這才是離心力的實質,但是用牛頓定律從整體解釋的話是不合理的,所以衍生出離心力。

離心力之所以在物體受到向心力時才「產生」也是這個道理,但向心力一消失,離心力也會馬上由於分子間收縮效用而消失。

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,那衛星便逐漸遠離中心。

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著物體,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,那麼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。

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,可設想地面是靜止的,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應用了,因此人們假想出了「慣性力」來解決牛頓定律的應用問題。慣性離心力是非慣性系中的假想力。

下面舉勻速圓周運動的例子:

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,我們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,我們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我們,這種力量就稱為慣性離心力。

最後提醒一點,所謂「慣性力」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系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、定理在非慣性系上都可以運用。

在我們的生活中,離心力原理的運用也是十分廣泛的,比如我們平時洗衣服用的甩幹機就是利用了離心力的原理。讓衣物在甩桶內,與連接電動機的甩桶一起高速運動旋轉,利用物體在高速旋轉時的離心力作用,使衣物中的水分離開衣物。此外,過山車、旋轉鞦韆等都是利用了離心力的原理製作而成的。

本文由初中化學大師原創,歡迎關注,一起漲知識!

允許非盈利性引用,並請註明出處:「轉載自初中化學大師」字樣,以尊重作者的勞動成果

相關焦點

  • 我的世界:篝火還能做鞦韆?用來做座椅,過山車裡居然也有它
    我的世界是一個自由度很高的沙盒遊戲,玩家們在這款遊戲中可以用任意的方塊來建造自己的小家,甚至是一些非建築方塊也能被玩家們用來做房屋的結構,今天我給大家帶來的就是一些用篝火建造小場景或者是建築物的小技巧!
  • 向心力和離心力的奧秘
    向心力和離心力的奧秘向心力 向心力是從力的效果來命名的,因為它產生指向圓心的加速度,故名。它不是具有確定性質的某種類型的力。相反,任何性質的力都可以作為向心力,這些力可以由彈力、重力、摩擦力等任何一種力而產生。
  • 懸崖鞦韆、360°大擺錘、高空蹦極……
    、懸崖雲梯360°大擺錘、高空蹦極、過山車……10月21日,衢州奧陶紀景區項目開工啦一起來看看項目位置項目內容△懸崖鞦韆一期項目建設奧陶紀景區核心區塊,包含有奧陶紀原創,擁有專利的天空懸廊、懸崖鞦韆等上百種遊玩項目及商業小鎮,周期2年,力爭在2022年亞運會開幕之前開園。二期建設大型酒店體、演藝劇場、冰雪世界、海洋公園、動物王國等。
  • 懸崖鞦韆、360°大擺錘、高空蹦極...
    懸崖鞦韆
  • 「最殘忍」過山車,被稱為「安樂死過山車」,至今不敢對外開放!
    遊樂場裡有很多的遊玩項目,像是摩天輪、大擺錘、過山車都是很多小孩子們的最愛,每當到了旅遊的旺季或是周末,每個遊樂場幾乎都是人滿為患。過山車作為很多遊樂場的必備設施,被很多的小夥伴們所喜愛著,當你坐在過山車上的時候你可能就會感覺自己的腎上腺素在飆升,並且內心會忍不住的激動,當過山車發動之後,你就感覺自己好像處於生死的邊緣,那種失重並且高速的運動在我們平時的生活中是不會體驗得到的。
  • 安樂死過山車!你知道嗎?
    在我國的定義指患不治之症的病人在垂危狀態下,由於精神和軀體的極端痛苦,在病人和其親友的要求下,經醫生認可,用人道方法使病人在無痛苦狀態中結束生命過程。在大家的印象中,安樂死一般都是借力於藥物來實現,但是這樣一直存在爭議,就是這樣利用藥物安樂死是否合法。但是在英國的安樂死過山車,就不存在這樣的爭議。它突破傳統的接受死亡的方式,甚至打破傳統安樂死的方式,讓患者在一場刺激的遊戲中告別生命。
  • 世界上最恐怖的過山車
    很多人都玩過下面這樣一般刺激的過山車吧,為什麼說是一般刺激呢,因為林子大了什麼鳥都有···九十度垂直落地彗星撞地球式的過山車也不算什麼
  • 五年爆火的奧陶紀:鞦韆越蕩越高,項目越玩越懸,直到她從滑索上墜落
    (圖源:天眼查) 此後不到一年時間,奧陶紀景區18米懸崖鞦韆又在2019年的8月18日出現故障。鞦韆的電磁閥在提升過程中電纜鋼絲發生脫落,使該項目在沒有達到最高點時釋放,但最終遊客萬幸安全著地。
  • 離心力
    高檔小區都有很高級的娛樂設施,大晚上,我們兩個人在小區的公園裡蹦蹦床、滑巨型滑梯、蕩高級鞦韆、天線寶寶傳聲筒、日本高中生談戀愛時候坐的旋轉盤這樣。然後我邊跳邊和她說「我好悲傷噢」,她哭笑不得「為什麼你在蹦床的時候還會悲傷?」返回的路上我又說「為什麼我的難過從心裡擴散到手指了呢?湯飛,我的手掌在悲傷誒,它就要尖端發育了?」
  • 動物森友會鞦韆椅怎麼獲得 鞦韆椅合成攻略
    動物森友會鞦韆椅怎麼合成?動物森友會鞦韆椅怎麼獲得?在動物森友會中可能很多小夥本都不知道DIY配方中鞦韆椅怎麼合成的,那下面就來和小編一起看看鞦韆椅合成需要什麼材料吧。
  • 世上唯一的安樂死過山車,在上面轉一圈,下來已成一具冷冰的遺體
    但是的確很少有人能這麼幸運,在社會上,有人出車禍,有人生重病,他們或許都在病床上掙扎著,可是這掙扎中有帶有痛苦,於是安樂死的話題不由得被提出來。安樂死指的是對無法救治的病人停止使用藥物,或者給他們注射藥物,讓他們無痛苦地死亡。不過並非所有人都認同安樂死,因為對於人道主義而言,這似乎是具有消極意義的,且是對生命的抹殺。
  • 全球9大最驚險刺激的過山車,最後一個在我國,還創造了世界紀錄
    過山車可以說是遊樂場裡最受歡迎的一種機動遊樂設施,它雖然驚悚恐怖,但是基本上是非常安全的設施。你知道嗎?一些遊樂場為了追求最刺激的體驗,將過山車設計到了極致。其中有9大過山車可謂是全球最驚險恐怖的,不管做哪一個都能讓人有種「死亡」的體驗。
  • 世界首個「安樂死」過山車,坐一圈僅需3分鐘,回來已是一具屍體
    對於過山車,絕大部分人的理解都僅僅停留在遊樂場中,畢竟過山車可是遊樂場中最受歡迎的遊戲項目。毫不誇張的說,遊樂場中等待玩遊戲的隊伍中,過山車的隊伍永遠是最長的。由此可見,過山車是一個非常受歡迎的遊戲項目。然而,最近有一個科學家卻提出了一種讓人毛骨悚然的想法,那就是製造一個「安樂死過山車」。
  • 400米高空的過山車,能讓人3分鐘安樂死,中途後悔了咋辦?
    筆者:三體-小遙人們一直對死亡充滿了恐懼,因為生命中有太多的美好等待發掘,而死亡則意味著生命的終結,並且很有可能摻雜著大量痛苦。無論是意外導致死亡,還是病痛不斷折磨,都無法被人們接受,「安樂死」的特殊方式應運而生。
  • 重慶萬盛奧陶紀景區推出懸崖鞦韆後悔藥,懸崖鞦韆有什麼好玩的!
    一名男子拿著手機拍下了自己乘坐懸崖鞦韆的鏡頭。鏡頭先是朝著地面重重墜落下來,然後又跟隨著鞦韆蕩聲的擺動,甩上了天空。而伴隨著男子的尖叫聲,鞦韆仿佛一直向上蕩起,最終鏡頭穿過了滿天雲彩到達了外太空,讓沒有坐過懸崖鞦韆的人都感受到了一波懸崖鞦韆的魅力,這就是網紅城市重慶的魅力所在,獨特!
  • 世界上首個安樂死過山車,僅三分鐘,回來後將失去意識!
    世界上首個安樂死過山車,僅三分鐘,回來後將失去意識!死亡是一個非常沉重的話題,死亡意味著生命的終結,每個人面對死亡時,內心都有控制不住的恐懼,任何人都畏懼死亡,就算痛苦的活著也比死去了好。無論是誰對生命都有眷戀,生老病死是自然界中亙古不變的定律,每個人都要經歷的。
  • 世界上第一個安樂死過山車,坐上去轉一圈,下來就成一具冰冷的屍體
    也的確是這樣在中國的傳統文化語境中,人們都會強調身體髮膚受之父母,自己是沒有權利去損害破壞的。自殺和自我傷害都是不被主流社會所認可的行為。正是因為人們有著這樣的思想和態度,安樂死施行起來才困難重重。但是事實上,有些癌症病人到了晚期時候需要忍受巨大的痛苦。有些人為了擺脫這些痛苦,懇求醫生給自己注射一些致死的藥物。早在1935年的時候,英國就成立了一個自願安樂死的委員會。
  • 小貝講堂之離心常用術語 - 離心力和相對離心力
    在生命科學研究中,離心是一種必不可少的技術手段,更是實驗室中最常見的實驗項目。換算時,先在r 標尺上取已知的半徑和在rpm 標尺上取已知的離心機轉數,然後將這兩點間劃一條直線,與圖中RCF 標尺上的交叉點即為相應的相對離心力數值。
  • 英國安樂死過山車:3600英尺高空轉一圈,3分鐘回來已是一具屍體
    在英國有一個安樂死過山車是由倫敦皇家藝術學院的一位博士研究出來的。這種安樂死的過山車,利用人坐在過山車上通過高達3600英尺的地方的時候,多次從高處向下俯衝的時候,強大的壓力衝擊會讓人產生強大的離心力,使得人體血液迅速朝下衝去,造成患者迅速缺氧,感官模糊,窒息死亡。這種安樂死的方式讓人在短時間內就能夠結束生命,並且還有一個非常人性化的設計。
  • 全球第一個安樂死過山車,坐上去轉3分鐘,下來已成一具僵硬屍體
    如果是坐過過山車的讀者,一定不會忘記在上面的感受,當人們厭煩於庸俗生活的時候,也喜歡追求一下極致的刺激,當然了,過山車也成為了恐怖懸疑電影和電視劇常常出現的主打情節。不過到了最近的一段時間,卻還真有人,試圖將過山車打造成一場死亡的體驗,一名叫做朱裡昂納斯·烏邦納斯的小夥子,設計出了全世界首個「安樂死過山車」,在上面轉3分鐘,回來時已成一具僵硬屍體,這又是怎麼一回事情呢?烏邦納斯是立陶宛人,如今就讀於英國倫敦皇家藝術學院,在互動設計系攻讀博士,實際上這個有些滲人的計劃,烏邦納斯在很久前,就開始有了想法。