centripetal force 向心力
作用于物体使物体作圆周运动的力,假使物体的质量为 m,恒速率为v,圆周半径为 r,则力的大小为 mv2/r,力的方向朝向圆心。尽管物体以恒速率 v 运动,但因速率的方向总在变化,所以速度是变化的,从而有一加速度 v2/r 朝向圆心。例如,物体系在弹簧上,并作水平圆周转动,弹簧张力等于 mv2/r。假使弹簧折断,这一张力消失,物体将沿运动圆周的切线方向离去。人造卫星(质量 m)绕地球(质量 M)作圆周飞行,支撑卫星在轨道上的向心力就是重力(gravity)GmM/d2,其中 G 为重力常数,d 为卫星在地球中心以上的高度。因此 GmM/d2=mv2/d。这一方程可用来计算一已知轨道速度的轨道高度。
观察这种情况的另一种方法是假使向心力被一相等但相反的力平衡。力的作用方向是离圆心向外,称之为离心力。则人们可以说,当离心力与重力达到平衡时,卫星就停留在轨道上。然而,这是令人混淆的理论,因为离心力是虚拟的——它是不存在的。重力不是被离心力平衡的,它是向心力。
另有一例,那就是卡车拐弯行进,对在车上的观察者来说,架上的网球滚过架子似乎是有向外的离心力作用于它,然而对车外的观察者来说, 网球与车无摩擦接触,所以看起来球连续作直线运动。把离心力看成虚拟的,有时也是有用的。任何获得向心力的物体都有实实在在的离心力作用于它,作为反作用力。