高速运动会产生离心力,地球高速旋转,我们怎么感觉不到呢?
为了理解这个问题,我们需要了解一些基本的力学概念,否则我们会一直认为这是理所当然的。
离心力一词是指箭头所指的方向偏离圆心或曲率中心的一种力的总称。通常我们看到的和向下的图一样,绿色的箭头是离心力,其他的是向心力,切向力等等。
离心力实际上是根据其力的方向来定义的,所以任何偏离曲率中心的力都可以称为离心力。而我们常见的离心力是曲线运动过程中法向加速度产生的惯性力。由此可见,离心力的本质是惯性力。
惯性力的本质是什么?如上图所示,在第一幅图中,当汽车静止时,车内和车外的人看到红色的小球,得到相同的结论。但在第二张照片中,汽车已经加速,车外的人会发现小球一动不动,但车内的人会发现小球突然在动。所以车里的人很奇怪:为什么这个小球在没有外力的情况下会移动?在车里的人眼里,有一种不存在的力使小球动起来,这就是惯性力。
在理论力学中,惯性力定义为质量和加速度的乘积,其方向与加速度方向相反,如上图。
为了弄清人是否能感受到离心力,首先要知道离心力有多大。我们知道地球自转一周需要24小时,也就是地球自转的角速度约为7.292e-5 rad/s,这其实是一个很慢的自转,肯定不是高速自转。但是由于地球半径巨大,地球表面的线速度非常快。如下图所示,赤道处的线速度最快。
以赤道为例,根据地球自转的角速度和地球的半径6371km,可以得到地表物体的法向加速度约为3.4e-2m/s2,考虑人体质量(75kg)时惯性力(离心力)约为2.5N。这个力的大小大约是半斤重产生的重力的大小。
以葫芦娃为例,假设重量75kg,重力750N,离心力2.5N,其余为地面支撑力747.5N.离心力占重力的0.33%。所以离心力相比重力几乎不存在。就人类感知而言,大部分用于感知重力和支撑力,而0.33%的离心力被人类感知忽略。
3.摘要
地球不是高速旋转的,相反,它的旋转速度很慢。由此产生的离心力也很小,约为重力的0.33%。所以人体无法感知地球自转带来的离心力。
2024-04-15 广告