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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?

zhao_admin1年前 (2022-05-20)地理课件35

为了弄清楚这个问题,需要对一些基本的力学概念有所了解,不然永远都是想当然。

1、离心力的本质离心力这个名词,指的其实是一类力的统称,这类力箭头所指方向背离圆心,或者曲率中心。通常我们见到的就向下图一样,其中绿色箭头就是离心力,其它还有向心力、切线力等。

离心力其实是根据其力的方向来定义的,因此凡是符合力的方向背离曲率中心的都可称之为离心力。不过,我们常见的离心力是曲线运动过程中,由于法向加速度而产生的惯性力。由此可见,离心力的本质是惯性力。

惯性力的本质又是什么呢?如上图,第一图小车静止,车内外的人看红色小球得到同样的结论。但是在第二图中,小车有加速度,车外的人会发现小球不动,但是车内的人会发现小球突然动了起来。于是车内的人就很奇怪:明明没有力的作用,这个小球为何会动?在车内的人看来,有一个不存在的力,让小球动了起来,这就是惯性力。

在理论力学中,惯性力定义为质量与加速度的乘积,其方向与加速度方向相反,如上式。

2、离心力的感受为了弄清楚人能否感受到离心力,首先必须知道离心力究竟有多大。我们知道地球自转一圈是24小时,即地球自转角速度约7.292e-5rad/s。这其实是个非常缓慢的旋转,绝对称不上高速旋转。但是,由于地球半径巨大,地表的线速度是非常快的,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,以及地球的半径6371km,可以得到地表物体的法向加速度约为3.4e-2m/s2,考虑到人体的质量(75kg),这个惯性力(离心力)约为2.5N 。这个力的大小大概是半斤的重物产生重力的大小。

以葫芦娃为例,假设体重75kg,那么重力为750N,离心力为2.5N,剩下的是地面支撑力747.5N。离心力占重力的0.33%。由此可见,相对于重力而言,离心力几乎不存在。对于人体的感知而言,绝大部分感知都用来感知重力和支撑力了,而占0.33%的离心力则被人体感知忽略了。

3、总结地球并不是高速旋转,相反,地球的自转非常缓慢。由此导致的离心力也非常小,约为重力的0.33%。因此,人体无法感知到地球旋转带来的离心力。

人在地球上受到的是合力,是离心力和地心引力之和。

由于引力大于离心力,二力相抵之后,只剩下少量引力了,所以,我们在地球上只能感受到引力的存在,而无法感受到离心力。

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