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离心技术 ​离心力

​离心力

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  离心力是惯性力的一种,由于一切物质都具有“惯性”特性。杂技中的“火流星”,也是利用离心力使火流星旋转而不会掉下来,人造地球卫星也是利用它绕地球旋转产生的离心力与地球对它的吸引力相平衡而不停地绕地运行,既不会掉回地面,也不会离开地球飞向宇宙空间。

离心力是什么

  离心力不是力,是离心加速度的外在表象,也是引起离心现象的原因。在物理学中,并没有离心力的存在。离心力不是真正意义上的力。

  力需要施力物体。真正意义上的力是不能脱离施力物体而存在的。而离心力恰巧就没有施力物体。所以它并不是真正意义上的力。

  力可以使物体具有加速度。反过来也一样,加速度也可以等效为力。力总是与加速度相伴出现。力是引起运动状态改变的原因,运动状态改变就必然会有加速度。所以当一个物体具有加速度时和一个物体受力时,从效果上来讲是没有区别的。但是加速度真的可以脱离力而存在吗?

  确实,绝大多数情况,加速度是由力引发的。力与加速度可以说是因果关系,力为因,加速度是果。整个宇宙里没有力而存在加速度的例子可以说是极少。离心加速度可以说是目前发现的唯yi的特例。引发离心加速度的原因不是力,而是物体的惯性。

  离心加速度存在于曲线运动中。为了使问题简化,我们就通过对曲线运动的特例匀圆运动的讨论来解释。在匀圆运动中,物体围绕着固定的圆心以恒定的速率做圆运动。物体在向心力的作用下其运动方向在不断的改变。

  然而物体有惯性,会努力维持自己原先的运动状态。很显然,惯性作用与向心力的作用是整相反的。向心力不断的改变着物体的运动状态,惯性也就不断地进行阻碍。前面提到,有改变运动状态的力,就必然有相应的加速度。匀圆运动中的向心加速度虽然方向在不断的改变,但始终指向圆心,试图将物体拉向圆心。

  然而在匀圆运动中,众所周知,物体始终与圆心保持相同的距离,也就是半径不变。显然,向心加速度并没有得逞。那么就必然会有一个与向心加速度时刻方向相反的加速度存在。否则,匀圆运动并不成立。这个加速度就是离心加速度。在整个过程中,对抗向心力的就只有物体本身的惯性而已,所以引起离心加速度的原因是物体惯性。离心加速度脱离了力而存在。

  综上,离心力只是离心加速度的等效假象,它并不是真正意义上的力。

离心力的应用

  离心力对于人类的影响遍及诸多领域。

  高速行驶的车辆如果不减速就拐弯,离心力就可能使它们偏离正常轨道,甚至翻车。飞机做向上拉起的动作时,如果速度太快,飞行员会受到数倍于重力加速度的离心“过载”,而可能导致短时间昏迷。因此在各种高速运动中,转弯引起的离心力的影响必须事先预计到,并采取措施进行妥善处理。

  而另一方面,利用离心力,可以给我们的生活提供很多帮助。比如洗衣机利用离心力来甩干衣物,抽风机利用离心力抽走油烟。更重要的是在科研生产领域,可以利用离心力来完成多种特殊任务。

  ①在医学和生物学中,可以用离心方法把血液和各种溶液中密度不同的物质成分逐一分离出来。

  ②在核工业中,可以利用离心方法得到浓缩的放射性材料。

  ③在航空航天行业里,利用离心机产生大加速度,模拟飞机和火箭的加速运动,用来训练飞行员和航天员。

  ④在惯性技术领域,则利用离心机产生的大加速度来测试惯性器件和系统的性能水平和环境适应能力。

离心力与离心机

  离心力在技术领域的应用设备,就是离心机,按其功能和精度分为两类:用于功能和环境试验的普通离心机;用于精度测试的精密离心机。

  两类离心机的构造和工作原理基本相同,但是其精密度差别很大,因此造价、使用要求等也有很大差别。由于惯性器件和系统Z重要的特性是精度,而且大加速度环境下的精度也必须进行精确的测试,因此精密离心机对它们就具有十分重要的作用。

  普通离心机有很广泛的应用领域,而精密离心机基本是用于惯性器件和系统的精度测试,因此它们都是专门为此而设计的。

  离心机所产生的加速度是向心加速度。根据力学原理,离心机带动被测对象绕转轴旋转而产生向心加速度:

  a=ω2R

  其中ω是离心机的转动角速度,R是离心机转轴到被测对象的距离,通称为离心机的臂长。这个向心加速度就是我们需要的激励加速度,以它作为基准输入,来测量加速度计在大加速度作用下的输出,两者之差就认做是加速度计的测量误差,因此对它的精度要求很高,一般其相对误差应该优于10-7-10-8


2018-07-23  浏览次数:5361
本文来源:https://www.yiqi.com/citiao/detail_1059.html
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