力は物理学では面白いものです。 速度との関係は、ほとんどの人がおそらく考えるよりもはるかに直感的ではありません。 たとえば、摩擦（道路など）や「抗力」（空気など）の影響がない場合、車を時速100マイル（161 km /時）で動かし続けるのに文字通り力は必要ありません。しますかその車を100から99マイル/時まで減速させるには外力が必要です。
求心力、回転（角）運動の目まぐるしい世界に排他的であり、それにその「面白さ」のリングがあります。 たとえば、あなたが正確に知っているときでさえなぜ、ニュートンの用語では、粒子の求心力ベクトルは、粒子が移動している円軌道の中心に向けられていますが、それでも少し奇妙に見えます。
強い求心力を経験したことがある人は誰でも、彼女自身の経験に基づいて、根底にある物理学に深刻な、そしてもっともらしい響きの挑戦をする傾向があるかもしれません。 （ちなみに、これらの不思議な量のすべてについてはすぐに詳しく説明します！）
求心力を「タイプ」の力と呼ぶことは、重力や他のいくつかの力を指す場合があるため、誤解を招く可能性があります。 求心力は実際には、線形（並進）力学方程式で使用されるのと同じ本質的なニュートン原理を使用して数学的に分析できる力の特殊なケースです。
ニュートンの法則の概要
求心力を完全に探求する前に、力の概念と、人間科学者がそれをどのように説明するかという観点から、力の「由来」を確認することをお勧めします。 次に、17世紀と18世紀の数学物理学者アイザックニュートンの3つの運動の法則すべてを確認する絶好の機会を提供します。 これらは、慣例に従って並べられており、重要ではありません。
ニュートンの最初の法則、とも呼ばれます慣性の法則、一定の速度で移動するオブジェクトは、外力によって摂動されない限り、この状態のままであると述べています。 重要な意味は、オブジェクトがどんなに速くても一定の速度で動くのに力は必要ないということです。
- 速度はベクトル量（したがって、太字なのでv）したがって、両方が含まれますマグニチュード（またはこの変数の場合は速度）および方向、いくつかの段落で重要になる常に重要なポイント。
ニュートンの第2法則、書かれた
F_ {net} = ma
システムに正味の力が存在する場合、そのシステムの質量mを大きさと方向で加速すると述べていますa. 加速度は速度の変化率であるため、ここでも、運動自体には力は必要なく、運動を変えるためだけに必要であることがわかります。
ニュートンの第3法則すべての力についてF自然界には力が存在します–fそれは大きさが等しく、方向が反対です。
- そのような法律は存在しないので、これは「力の保存」と同一視されるべきではありません。 物理学の他の量（特に質量、エネルギー、運動量、角運動量）が実際に保存されているため、これは混乱を招く可能性があります。 つまり、完全に破壊されていない、つまりキックされていない何らかの形でその量がないと、それらを作成することはできません 存在しない。
線形対。 回転運動学
ニュートンの法則は、オブジェクトが空間内でどのように動くかを記述および予測する方程式を確立するための有用なフレームワークを提供します。 この記事の目的のために、スペース本当にはによって記述された二次元の「空間」を意味しますバツ（「前方」および「後方」）およびy（「上」および「下」）線形運動の座標、θ（角度測定、通常はラジアン）およびr（回転軸からの半径方向の距離）角運動。
運動学方程式で懸念される4つの基本的な量は次のとおりです。変位, 速度（変位の変化率）、加速度（速度の変化率）と時間. これらの最初の3つの変数は、モーションの品質が異なるため、線形モーションと回転（角度）モーションで異なりますが、同じ物理現象を表します。
このため、ほとんどの学生は、仲間に会う前に線形運動学の問題を解決することを学びますが、 角度のある世界では、最初に回転運動を教えてから、対応する線形方程式をから「導出」するのが妥当です。 これら。 しかし、さまざまな実用上の理由から、これは行われません。
求心力とは何ですか？
オブジェクトが直線ではなく円を描くようにする理由は何ですか？ たとえば、衛星が曲がった経路で地球を周回するのはなぜですか。また、場合によっては不可能なほど高速に見える場合でも、曲がった道路を車が動き続けるのはなぜですか。
チップ
求心力は、オブジェクトを円軌道で移動させるあらゆるタイプの力の名前です。
前述のように、求心力は物理的な意味での明確な種類の力ではなく、どれかオブジェクトの運動経路を表す円の中心に向けられた力。
- 言葉求心性文字通り「センターシーク."
チップ
求心力を神話的でありながら永続的な「遠心力」と混同しないでください。
求心力の源
求心力はさまざまな原因から発生する可能性があります。 例えば：
•テンションT（の単位があります力を距離で割ったもの）移動するオブジェクトをその円軌道の中心に取り付けるストリングまたはロープ。 典型的な例は、米国の遊び場にあるテザーボールのセットアップです。
•引力2つの大きな塊の中心の間（たとえば、地球と月）。 理論的には、質量のあるすべてのオブジェクトは他のオブジェクトに重力を及ぼします。 しかし、この力は物体の質量に比例するため、ほとんどの場合、無視できます。 （たとえば、地球上の羽の非常に小さな上向きの引力は、 落ちる）。
「重力」（または適切には、重力による加速度）g地球の表面近くは9.8m / sです2.
• 摩擦。物理学の入門的な問題における摩擦力の典型的な例は、車のタイヤと道路の間の摩擦力です。 しかし、摩擦と回転運動の相互作用を確認する簡単な方法は、回転するホイールの外側に「くっつく」ことができるオブジェクトを想像することです。 円形の経路にとどまるこれらのオブジェクトの表面とホイールの表面との間の摩擦が大きいため、特定の角速度で他のオブジェクトよりも優れています 表面。
求心力がどのように円運動を引き起こすか
点質量またはオブジェクトの角速度は、そのポイントで速度論的に言えば、そのオブジェクトで他に何が起こっているかとは完全に独立しています。
結局のところ、角速度は、距離に関係なく、ソリッドオブジェクト内のすべてのポイントで同じです。 しかし、接線速度もあるのでvt遊びの中で、接線加速度の問題が発生しますか、それともそうですか？ 結局のところ、円を描いて移動しているが加速しているものは、単にその経路から抜け出さなければならず、他のすべては同じままでした。 正しい？
物理学の基本は、この明らかな難問が実際のものになるのを防ぎます。 ニュートンの第2法則（F= ma）求心力は、オブジェクトの質量に加速度のm倍である必要があります。この場合は 求心加速度。これは、力の方向、つまり、の中心に向かって「指し示す」ものです。 パス。
「しかし、オブジェクトが中心に向かって加速しているのなら、なぜそのように動かないのですか？」と尋ねるのは正しいでしょう。 重要なのは、オブジェクトが線形速度を持っていることですvtこれは、その円軌道に接線方向に向けられており、以下で詳細に説明され、次の式で与えられます。vt =ωr.
その線形速度が一定であっても、その方向は常に変化しています（したがって、速度の変化である加速が発生している必要があります。 両方ともベクトル量です）。 求心加速度の式は次の式で与えられます。
a_c = \ frac {v_t ^ 2} {r}
- ニュートンの第2法則に基づいて、vt2/ r求心加速度である場合、求心力の表現は何である必要がありますかFc? （以下の回答）
ベンド周辺
一定のターンに入る車速度動作中の求心力の優れた例として機能します。 ターン中、車が意図したカーブした経路に留まるためには、車の回転運動に関連する求心力 車の質量とその固有の特性に依存する、路上でのタイヤの摩擦力によってバランスをとるか、それを超える必要があります。 タイヤ。
ターンが終了すると、ドライバーは車を直進させ、速度の方向の変化を停止し、車のターンを停止します。 タイヤと車の速度ベクトルに直交して（90度で）向けられた道路との間の摩擦による求心力はもうありません。
求心力、数学的に
求心力だから
F_c = m \ frac {v_t ^ 2} {r}
オブジェクトの動きに接線方向に向けられている場合（つまり、90度）、オブジェクトに対して作業を行うことはできません。 正味の力の成分がオブジェクトの方向と同じ方向にないため、オブジェクトは水平になります モーション。 電車の車が水平方向に通り過ぎていくので、電車の横を直接突くと考えてください。 これは、あなたの目的が真実でない限り、車をスピードアップしたり、1ビット遅くしたりすることはありません。
チップ
このような場合のオブジェクトに対する正味の力の水平成分は（F）（cos90°）であり、これはゼロに等しいため、力は水平方向にバランスが取れています。 したがって、ニュートンの第1法則によれば、オブジェクトは一定の速度で動き続けます。 ただし、内向きの加速度があるため、この速度は変化している必要があり、オブジェクトは円を描いて移動します。
求心力と不均一な円運動
これまで、均一な円運動、または一定の角速度と接線速度の運動のみが説明されてきました。 ただし、接線速度が不均一な場合は、定義上、接線加速度、これは、体の正味の加速度を取得するために、求心加速度に（ベクトルの意味で）追加する必要があります。
この場合、正味の加速度は円の中心を指さなくなり、問題の動きの解決はより複雑になります。 例としては、体操選手が腕でバーからぶら下がっていて、筋肉を使って最終的にその周りを振り始めるのに十分な力を生成する場合があります。 重力は明らかに、下降する途中で彼女の接線速度を助けていますが、戻る途中でそれを遅くしています。
垂直求心力の例
垂直方向の求心力の以前の速度に基づいて、質量Mのジェットコースターが「ループループ」スタイルの乗り物で半径Rの円軌道を完成することを想像してください。
この場合、求心力によってジェットコースターが軌道上に留まるには、正味の求心力が少なくとも重量（= M）と等しくなければなりません。g=ターンの最上部にあるジェットコースターの9.8M（ニュートン単位）。そうしないと、重力によってジェットコースターが軌道から外れます。
これは、Mvt2/ RはMを超えている必要がありますg、これ、vを解くt、は次の最小接線速度を与えます。
v_t = \ sqrt {gR}
したがって、ジェットコースターの質量は実際には問題ではなく、その速度だけが問題です！