向心力怎么产生的?

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小谢老师讲物理
2022-10-18 · TA获得超过646个赞
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向心力、重力,引力三者刚好是合力与分立的关系,简单说就是:向心力与重力是引力的两个分力。可以参考以下解析:

一、先解释下三个力的概念(概念很重要,理解透了对做力学分析题很有帮助):

1、重力。大家都知道,物体在地球上的中立方向为竖直向下,大小=mg。(这里纠正一个大部分人都错误的观念,竖直向下并不是指向地心,这个可以结合地球自转不难理解。。只有赤道和南北两极重力的方向才指向地心。)

2、向心力。物体维持做圆周或曲线运动所需要的力,方向只想圆心或曲率中心。(向心力是根据外力对物体产生的效果而命名。从某种意义上来说,重力也可以是根据外力对物体产生的效果而命名。但不同的是,提供向心力的外力可以是重力,弹力,电磁力等各种力,而提供重力的外力只能是星体跟物体之间的万有引力。)

3、万有引力。根据牛顿万有引力定律,物体与物体之间都存在一种相互吸引的力,方向沿两物体质心的连线。这种力不论物体大小,只看物体质量,凡是有质量的物体之间都会存在万有引力。

二、分析三者关系:

首先地球与物体之间存在万有引力,这个毋庸置疑(根据牛顿定律可知)。

其次,地球上的物体会存在重力,那么重力怎么来的呢?大家都知道,物体由于地球的吸引而受到的力叫重力,方向总是竖直向下。(那么问题来了,地球对物体的吸引力不是万有引力吗,怎么这里又叫重力呢?这个其实不用太纠结,在万有引力发现之前,牛顿只发现了重力,只知道地球对地球表面的物体有吸引力,还不知道万有引力的存在。后来才发现的万有引力,原来他被苹果砸中脑袋想出来的重力就是万有引力,哈。。)

吭吭,废话多了点,回归正题。然后大家也都知道,地球是自转的,那么地球表面的物体也是随着地球而转动,转动轴心与地球自传轴心相同(假设物体相对于地球静止),那么问题来了,物体转动是需要向心力的,如果没有向心力,物体肯定沿着切线(也就是地平线)方向飞出去,可以遨游太空了。那向心力怎么来的呢,刚才提到的,物体与地球之间的力只有万有引力(地球对物体的支持力以及重力都会随着万有引力的消失而消失,所以这两个力都可以看是有万有引力引起的),那么向心力自然就只能是由万有引力来提供(前面也说过,向心力是各个外力来提供的)。

最后,以上描述了重力和向心力都是由万有引力提供,既然都是由万有引力提供,根据力的平行四边形定则,可以从下图中直观看出三者之间的关系:(图片来源网络,懒得手画了,哈)

图解:

1、在NS两级的物体,属于自转,所以不用考虑向心力,也就是说这个位置万有引力与重力大小相同,而且都指向地心;

2、在赤道上的物体,由于距离NS地轴距离最远,根据F=mω²R,地球上各点的角速度相同,即半径越大,向心力越大,赤道位置的物体做圆周运动的半径=地球半径,其他位置都<地球半径,所以赤道位置的向心力最大,所以在赤道位置的重力最小,并且方向与向心力、万有引力相同,都指向地心;

3、其他位置的物体,由上图可以看出,向心力指向O',重力竖直向下,万有引力指向地心并且三者满足平行四边形定则。

另外:由于地球自转角速度非常的小,物体保持左圆周运动所需的向心力也非常小,所以在平时的做题当中,几乎都是忽略掉了向心力,认为重力与万有引力相同。

有同学可能会问了,地球两级的物体是随着地球的自转而自转的,那么人如果站在两级点,是不是可以感受到地球自转呢,答案是不一定,哈哈。。以为地球自转角速度很小,24小时自转一周,也就是说地球自转的角速度比钟表力的时针角速度还要慢一倍,你如果盯着时针看,可以看到它在转动的话,说不定你站在两级点也可以感受到地球自转的,哈哈。。。。

以上纯属手敲,感兴趣的同学可以参考下,如果有错误的地方,还请大神指教,别害了小朋友们。。另外,以上力学分析只适用于地球表面的物体,如果是在地球上空的话,就得另外来说的,这个比较复杂,这里就不解释了。

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