展示目的及科学原理
展品通过观众参与骑行,体验向心力以及由牛顿运动定律延伸而来的虚拟力——离心力的原理。
操作方式
向心力只改变所控物体的运动方向,而不改变运动的速率,即使在非匀速圆周运动中也是如此。非匀速圆周运动中,改变运动速率的切向加速度并非由向心力产生。向心力的大小与物体的质量(m)、物体运动圆周半径的长度(r)和角速度(ω)有着密切关系。
物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质,称为惯性。牛顿第三定律指出,对于每一个力,都有一个大小与之相等且方向相反的力。
离心力是一种虚拟力,是一种惯性的体现,它使旋转的物体远离它的旋转中心。在旋转系统中,向心力将物体向内拉以保持曲线路径,而物体由于质量造成的惯性会强迫物体继续朝着运动轨迹的切线方向(原来那一瞬间前进的直线方向)前进。在每一种情况下,只有一种真正的力被施加,而另一种只是一种反作用力。
向心力是指古典力学里当物体沿着圆周或者曲线轨道运动时,指向圆心(曲率中心)的合外力作用力。这种效果可以由弹力、重力、摩擦力等任何一力而产生,也可以由几个力的合力或其分力提供。
因为圆周运动属于曲线运动,在做圆周运动中的物体也同时会受到与其速度方向不同的合外力作用。对于在做圆周运动的物体,向心力是一种拉力,其方向随着物体在圆周轨道上的运动而不停改变。此拉力沿着圆周半径指向圆周的中心,所以得名“向心力”。向心力指向圆周中心,且被向心力所控制的物体是沿着切线的方向运动,所以向心力必与受控物体的运动方向垂直,仅产生速度法线方向上的加速度。
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