用惯性知识解释洗衣机的甩干桶是怎样把衣服甩干的 ?

2024-12-25 16:01:53
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回答1:

离心力
离心力(Centrifugal force)是长期以来被人们误解而产生的一种假想力,即惯性力。因为无法找出施力物体,背离了牛顿第三定律。当物体作圆周运动时,向心加速度会在物体的坐标系产生如同力一般的效果,类似于有一股力作用在离心方向,因此称为离心力。

当物体进行圆周运动,即并非直线运动,亦即物体于非牛顿环境下运动,物体所感受的力并非真实。
不单从牛顿观点解释离心力的可能微观实质:我们知道接触力都是由于分子间作用力宏观的体现,若在做匀速直线运动的物体受到大小不变方向时刻改变的向心力(实际存在的力,力方向指向圆心),就会时刻扭转物体的运动方向,这时物体就不是做匀速运动了,而是曲线运动(圆周运动是特例),受向心力物体内的分子也并不保持相对彼此近似静止了,而是由于向心力起初作用物体内的那一小块分子群的后面拉着一连串的分子,而且这个向心力时刻改变,物体内这一连串分子的运动状态也要时刻改变(分子改变运动状态是靠分子间距离的改变从而改变分子间作用力).而晚改变状态的分子会因为早改变状态的分子的分子间相互作用力而跟着改变运动状态,而恰恰是这个分子间延迟效果,把物体内的拉伸力体现为了外在的离心力,这才是离心力的实质,但是用牛顿定律从整体解释的话是不合理的,所以衍生出离心力。

离心力之所以在物体受到向心力时才“产生”也是这个道理,但向心力一消失,离心力也会马上由于分子间收缩效用而消失。
离心力也可以说是由于物体所受的和外力无法满足向心寻求 所以产生离心运动所“产生”的

现将惯性离心力和离心力概念简单解释一下:
我们通常是以地面做参考系,可设想地面是静止的,或者在不太长的距离中把地面运动视为匀速直线运动,即惯性参考系,牛顿就是在这样的前提下才总结出了运动定律。如果参考系是变速的,即非惯性参考系,牛顿定律就不能直接应用了,因此人们假想出了“惯性力”来解决牛顿定律的应用问题。惯性离心力是非惯性系中的假想力,离心力是惯性系中的真实力。下面举匀速圆周运动例子:
匀速圆周运动的线速度方向时刻变化,说明有向心加速度,而向心加速度方向也时刻变化,这是个典型的非惯性系。如果有个大转盘在作匀速圆周运动,你坐到盘上不要看周围景物,此时就把自己置身于非惯性系了,你肯定会感觉到有某种力量想把自己推下来,而此时又没有任何施力物推你,这种力量就称为惯性离心力。再设想这个转盘边缘有栏杆,当你靠上栏杆时会感觉自己对栏杆有推力,从地面上(惯性系)的另一观察者看来,你对栏杆施加的推力就是真实的离心力。
最后提醒一点,所谓"惯性力"本质是物体的惯性表现,为了用牛顿定律解释这种现象,只得被迫引入"惯性力"概念,这是在弥补牛顿的缺点。

回答2:

甩干桶甩动衣物,衣物上附着的水便会做圆周运动,当附着力不足以提供向心力时,水由于具有惯性便会做离心运动,从而甩干。这在高中物理必修二上会学。