什么是向心运动和离心运动向心运动和离心运动的解释
向心运动 定义:物体做圆周运动时,当提供的向心力大于物体做圆周运动所需的向心力时,物体将逐渐靠近圆心,这种运动就叫做向心运动 。
受力特点:合外力 F 合 F_{合}F合 与所需向心力 F 向 = m v 2 r = m r ω 2 F_{向}=m\frac{v^{2}}{r}=mr\omega^{2}F向=mrv2=mrω2(m mm 是物体质量,v vv 是线速度,r rr 是圆周运动半径,ω \omegaω 是角速度 )满足 F 合 > F 向 F_{合}>F_{向}F合>F向。
例如,在光滑水平面上,用绳子拴住一个小球做圆周运动,如果突然减小圆周运动的半径,在这一过程中,绳子的拉力(提供向心力)大于此时小球以新半径做圆周运动所需的向心力,小球就会做向心运动,逐渐靠近圆心。
实际应用:洗衣机脱水筒在甩干衣物接近结束时,转速逐渐减小,筒壁对衣物的弹力(提供向心力)大于衣物以较小转速做圆周运动所需的向心力,部分水分就会做向心运动,从衣物中被挤出,达到更好的脱水效果。
离心运动 定义:做圆周运动的物体,在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下,物体将逐渐远离圆心,这种运动称为离心运动。
受力情况分类 合外力突然消失:根据牛顿第一定律,当合外力突然消失时,物体由于惯性,将沿着圆周运动切线方向做匀速直线运动,看起来像是逐渐远离圆心。
比如,当旋转的雨伞上的雨滴所受的附着力突然消失时,雨滴就会沿着伞边缘的切线方向飞出,做离心运动。
合外力不足以提供向心力:即 F 合 < F 向 F_{合}
例如汽车在水平路面上转弯时,如果速度过大,按照 F 向 = m v 2 r F_{向}=m\frac{v^{2}}{r}F向=mrv2,所需的向心力增大,而此时地面给轮胎的摩擦力(提供向心力)无法满足这么大的向心力需求,汽车就会做离心运动,偏离原来的弯道,向弯道外侧滑去。
实际应用与危害 应用:离心分离机利用离心运动原理,通过高速旋转使不同密度的物质在离心力作用下分离。
还有游乐园中的大摆锤游乐设施,在旋转过程中,游客会体验到离心运动带来的刺激感。
危害:车辆在弯道行驶时如果速度过快发生离心运动,容易冲出道路引发交通事故;砂轮在高速旋转时,如果转速过高,砂轮各部分间的相互作用力不足以提供所需向心力,可能导致砂轮破裂飞出,造成危险 。