大学物理演示实验论文

大学物理演示实验论文
学校：沈阳化工大学
学院：化学工程学院
专业：资源科学与工程
班级：1101班
日期：2012年5月19日星期六
研究课题：离心力在生活中的应用 摘要：
在惯性参考系中，做圆周运动的任何物体都要受到向心力=F ma 向的作用，它使物体的运动方向发生改变，所受力的方向指向圆心，假如有一质量为m ，绕半径为R 的圆周以线速度v （角速度w ）做圆周运动，则其物体所受的向心力的大小为
2
2==v F ma m mRw R
向方向指向圆心。

任何事物都有其两面性，因此它在生活中既有利也有弊，所以我们要充分利用其有利的部分，尽量减少其有害的部分，有时弊也会对人们有利，让更多的为人们提供便利造福人们。

关键字：圆周运动 应用 生活 利弊
演示目的：演示惯性离心力的效应及其应用。

演示装置：离心力演示仪。

演示原理：在惯性参考系中，任何一个做圆周运动的物体都要受到向心力的作用，向心力是一种效果力，它既可以由某个力单独提
供，也可以是多个力的合力提供，它是迫使物体的运动方向发生改变的力，若物体的质量为m，绕半径为R的圆周以速度v（或角速度w）
做圆周运动时，其向心力的大小
2
2
v
F m mRw
R
==，方向
指向圆心。

在本实验中做圆周运动的是弹性圆环，当整个圆环绕其直径做圆
周运动时，由
2
F mRw
=
可知，在圆环的“赤道”区域，
因为做圆周运动的半径最大，所以其惯性离心力也是最大，在两极无惯性离心力，随着圆环转速加快，作用在圆环上的惯性离心力迫使环壁往外拉，圆环克服弹性圆环的弹性力逐渐变扁，圆环停止转动后，由于不再受惯性离心力，于是在弹性力下恢复原状。

离心力在生活中的应用：
（1）离心力在天体现象的解释
离心力是人们长期以来被人们误解而产生的一种假象力，因为无法找到施力物体，背离了牛顿第三定律，当物体做圆周运动时，类似于有一股力作用在离心方向，离心力就是物体在圆盘上旋转产生背离圆盘中心的力，洗衣机的脱水桶就是使用离心力的作用原理。

离心力F ma
=,离心力是在两种条件下产生的，是由物体的惯性运动力和中心束缚力交织在一起产生的，摆脱中心束缚力的物质便
离心而去。

在天体上，卫星在主星边缘做惯性运动，由于主星的引力束缚了卫星，使卫星做圆周运动公转，如果卫星的惯性运动力大于主星的引力束缚力，那么，卫星便远离中心一些。

在地球上，物体在不动的中心边缘做惯性运动，由于物体的结合力束缚物体，使物体做圆周旋转，如果物体的惯性运动力（速度）大于物体的结合力，那么惯性运动的物体便远离中心而去，由于气体和水的结合力很低，他们都会离中心而去。

（2）它在有弊的方面的体现
有些事故的发生主要是由于列车的超速行驶造成的，经过一段弯道时，尾部的车厢甩到临线铁路线路上，恰遇相向行驶的列车经由此线与之相撞，惨剧发生。

是什么力量使行驶中的列车掉道甩出的呢？任何一种物体在做旋转运动时都会产生一个离开圆心的力，这种力叫做离心力。

离心力的大小与物体的质量、运动速度的平方成正比与半
径长度成反比。

可用公式
2
=
v
F m
R
向表示。

列车经过曲线实际上是
在做旋转运动，正是这种旋转运动产生的离心力造成的。

这样看来离心力是造成事故的元凶了。

其实也不尽然。

离心力是客观存在的，如果我们操作人员主观上按规定速度驾驶机车是可以避免事故发生的。

但是不可否定的是离心力的确是影响铁路行车速度和安全的不利因素。

为了克服行车过曲线时产生的离心力，在修建铁路时将曲线外轨加高，以平衡列车产生的离心力，以减小列车运行时产生的离心力；
各路段、专用线都做出了行车时的速度规定，这种规定使行车中机车车辆产生的离心力控制在一个安全的范围之内，我们机车驾驶员必须严格执行。

凡事有弊就有利，
（3）其在有利方面的体现：
合理利用离心力对于我们进行工业生产和日常生活大有好处，有些还是必不可少的。

就拿我们机车上安装的增压器来说，增压器是怎样增加柴油机的功率的呢。

柴油机工作时，排气总管拍出的废气进入涡轮机进气壳推动叶片带动叶轮轴旋转，废气从涡轮出气壳经烟道排入大气。

提高了空气比重，使喷入汽缸中更多的燃油与新鲜空气充分混合，得到充分的燃烧从而提高平均有效压力，增大柴油机的功率输出，提高了经济性。

机车上利用离心力做功的设备还有很多，如冷却系统中的水泵、冷却牵引电机的通风机、机油旋转滤清器、司机室中的电风扇等等。

生活中利用离心力做功的家用电器产品更多了，洗衣机、抽油烟机、电吹风机、吸尘器等等，我就不一一列举了。

最后，所谓“惯性力”之存在于非惯性系中，是一种虚拟的力，是为了将牛顿定律推广到非惯性系上使用而虚拟的一种力，再加上这样的虚拟后除了牛顿第三定律外，牛顿力学中各种定律，定理在费惯性系上都可以得以运用。

任何东西既有利又有弊，我们应充分利用有
利，减少有弊，有时弊也会变成利。

服务人们，造福人们。