求心力と遠心力は、物理学の学生が一般的に混乱または誤解する2つの用語です。
典型的な誤解は、求心力はオブジェクトの円軌道の中心に向けられ、遠心力は2つが反対方向に作用するかのように外側に向けられるというものです。 ただし、実際にはこれらの1つだけが リアル 力！
求心力対。 遠心力
オブジェクトの円運動を引き起こす唯一の力は 求心力、これは常に円形パスの中心に向けられます。 たとえば、車が曲がり角を曲がっている場合、直線ではなく曲線で移動する求心力は、車がトレースしている円の半径に沿って方向付けられます。
チップ
遠心力は架空の力であり、 本当の力ではありません。 求心力 は本物。
遠心力、 一方、 存在しない. 「バック・トゥ・ザ・フューチャーズ」フラックスコンデンサのように、この用語は、いくつかの実際の観察に基づいていますが、架空のものを説明するのに役立つように考案されました。 円を描くように動くと、オブジェクトが外側に「飛んでいる」ように感じる傾向があります。 内向きの力 そのような経験を引き起こすことは、最初は不可解に思えるかもしれません。
遠心力は気持ちです
車が左に大きく曲がると、乗客は車の右側に「投げられた」と感じるかもしれません。 または、ジェットコースターのループの一番下で、ライダーは自分の席に押し下げられたように感じるかもしれません。
これらの感情はの結果です 慣性; しかしながら、 ない 力（それはと呼ばれるかもしれませんが 見かけの力). 慣性は、ニュートンの第一法則である慣性の法則によって説明されているように、オブジェクトがその動きの変化に抵抗する傾向を説明します。
車が急に曲がったり、ジェットコースターが急降下したりすると、内部の人体はすでに特定の方向にある程度の速度で動いています。 慣性の法則によれば、これらの機関は最初は 抵抗する 速度を変更します。
車が突然左に移動し始めたとき、乗客はまだ宇宙を前進しています-したがって、車は「右に投げられる」のではなく、実際には 急に動くと左からぶつかります。 彼らの体が追いついて左に動き始めると、クラッシュする感覚は終わります。
同様にジェットコースターでも、コースターが上向きに押し始めたとき、体はまだ下向きに動いています。 彼らの体がコースターの新しい速度に一致するように追いつくまで、彼らはカートの外側に投げつけられているように感じます。 カートが自分の体に向かって移動するようになったため、体はまだカートに向かって移動しています。
求心力のしくみ
求心力は、何かを円で動かすためのレシピの一部にすぎません。 他の成分は 線速度. オブジェクトが円を描くように動くためには、求心力がその動きに対して直角に作用するときに、オブジェクトが動いている必要があります。
ストリングの端にあるボールについて考えてみます。 人が頭の周りを回転させるには、最初に水平方向のコンポーネントをトスする必要があります（つまり、自分の中に直接入ったり離れたりすることはありません）。 人はひもをぴんと張って引っ張ると、ボールは飛び出すのではなく、それらを一周し始めます。
ロープ上のボールが回転し続けるには、2つのことが起こり続ける必要があります。人はロープをぴんと張って引っ張る必要があります（引っ張って）。 そして ボールの線形運動を維持するために、わずかな水平方向の微調整を追加し続ける必要があります。そうしないと、空気との摩擦によって速度が低下します。 （しかし、宇宙では、人は のみ 真空中で回転している間、ボールは直線速度を失うことはないので、教えられたロープを引っ張る必要があります。）
ボールが動いておらず、人がロープをぴんと張った場合、ボールは円ではなく、人に向かって内側に移動します。 ボールが人から直接外に移動していて、ロープを引っ張った場合、最初にボールの速度が低下し、次に方向を変えて、再び円ではなく人に向かって戻ります。
このような場合、ロープを介して伝達される力を求心力と呼ぶことすら意味がありません。 それは単にボールに加えられる張力です。
求心力の源
言葉 求心性 これは、オブジェクトの線速度に垂直に作用する力を説明する方法にすぎません。 多くの種類のオブジェクトまたは相互作用は、求心力を提供できます。
たとえば、すでに述べたように、円を描くように回転するロープは、その端に結ばれたオブジェクトに求心力を提供します。 曲がり角を曲がる車は、タイヤと道路の間の摩擦から求心力を受けます。 軌道上の衛星は、地球の中心に向かって求心力を提供する重力のために、円を描いて動き続けます。
いずれの場合も、求心力の発生源であるロープ、摩擦、重力が突然除去されると、オブジェクトは円を描くように動きを停止します。 より具体的には、それはそれが持っていた線形速度でその円の接線で飛ぶでしょう。
求心力と求心加速度
求心力は物体の円軌道の中心に向けられ、遠心力は それを打ち消すために存在しません、カーブしたパスを移動するオブジェクトは、 正味の力 円の中心に向かって。
ニュートンの第二法則から、 F = ma、 したがって、正味の力が加速を引き起こします。 確かに、円を描いて動くものには、次のような加速度があります。 求心加速度、円の中心に向かって。
加速は速度の変化を意味することを考えると、これは直感に反するように思えるかもしれませんが、多くのものが明らかに一定の速度で円を描いて移動します。
ここで、速度は大きさと方向の両方を持つベクトルであり、これらのいずれかを変更すると新しい速度が得られることを思い出してください。 オブジェクトが円を描くように移動すると、その線形速度と求心加速度の両方が常に方向を変えます。 パスに沿った任意のポイントで、各ベクトルの矢印はパスに沿った他のポイントとは異なる方向を向いています。
したがって、オブジェクトは 同じ速度 しかし、常に方向が変わります。 物理学者はこれを次のように説明しています 均一な円運動.
円運動を調整する方法
求心力は常にオブジェクトの線形速度に垂直であるため、オブジェクトの円軌道の半径を表します。 したがって、求心力が大きいほど、内側への「引っ張り」が強くなり、円がきつくまたは小さくなり、求心力が緩くなるほど、円軌道が大きくなります。
これは直感的に意味があるかもしれません：ボールを保持しているロープを引っ張ったり、カーブを描いたりします 氷のように滑らかな表面よりも摩擦が大きい粘着性のある表面は、どちらも円形が小さくなります モーション。 どんな状況でも、円運動を引き起こす唯一の力は 内向き、求心力. 遠心力がオブジェクトを円に「押し出す」ことはありません。