轉動運動與角動量
向心力(centripetal force)
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向心力是任何指向圓心、使物體做圓周運動的淨力。首先要掌握的關鍵是:它不是一種新的、獨立的力——它是一個「職稱」。任何恰好指向內側的真實力都能扮演這角色:被甩動之繩的張力、拉住衛星的重力、輪胎與路面間的摩擦力、賽道牆的推力。當它在做「維持圓周」這份工作時,就稱它為向心力。
精確地說,依牛頓第二定律,淨內向力等於質量乘以向心加速度:F_c = m a_c = m v^2 / r = m omega^2 r。所以要讓質量 m 的物體以速率 v 停留在半徑 r 的圓上,內向力必須恰好這麼大;太小它就往外飛,太大它就向內盤旋。公式顯示,更快的速率與更緊的圓要求急劇增大的力。
把角色點名出來就具體了:繩上的球,向心力是繩的張力;月球,是地球的重力;轉彎的車,是輪胎上的摩擦力;甩過頭頂的一桶水,是重力與桶子推力的合成。每個情況都一樣,找出真正指向內側的力——那就是你的向心力。
一顆 0.2 kg 的球在半徑 0.5 m 的繩上以 v = 2 m/s 被甩動。所需的向心力為 F_c = m v^2 / r = 0.2 x 4 / 0.5 = 1.6 N——完全由繩的張力提供。
這裡張力就是向心力——不是它旁邊另外多出的一個力。
絕不要在自由體圖上把「向心力」畫成額外的一支箭;它是已由張力、重力、摩擦力等提供的淨內向力的名稱。向外的「離心力」只是在旋轉參考系中看到的假想(虛擬)力。
又称
另见