什么是中心力(Central Force)？
中心力是一種力，其方向和大小只取決于一個物體的中心和它的中心到另一個點的距離。中心力作用的方向必須沿著物體中心到另一點的連線，而力的大小只取決于距離或半徑，在兩者之間。中心力的例子可以在重力，靜電力中找到，以及...
中心力是一種力，其方向和大小只取決于一個物體的中心和它的中心到另一個點的距離。中心力作用的方向必須沿著物體中心到另一點的連線，而力的大小只取決于距離或半徑，在兩者之間。中心力的例子可以在重力，靜電力中找到，以及彈簧的力。只有兩種類型的中心力可以導致軌道運動：引力和類似的力。
太陽系中的行星圍繞太陽運行，因為它的引力是中心力。牛頓萬有引力定律指出，兩個物體之間的引力是而且，力的大小與物體之間距離的平方成反比換句話說，兩個物體之間的距離增加一倍，力的強度只有另一個的四分之一。當一個物體比另一個質量大得多時，這種排列符合中心力的標準。類似的中心力是帶電粒子之間的靜電力。和重力一樣，靜電力與兩個粒子之間距離的平方成反比。然而，與重力不同，靜電相互作用與其電荷的乘積成正比，而不是其質量。它們也往往在很小的尺度上占主導地位。不過，從數學上講，引力和靜電力的大小都遵循平方反比定律，從而產生不同的中心力由于彈簧與物體的相互作用，彈簧產生的力與彈簧從其平衡長度處拉伸的距離成正比將彈簧從其平衡長度的兩倍拉伸，將產生兩倍于其平衡長度的吸引力。這種行為被稱為胡克定律，不僅存在于彈簧中，而且存在于任何線性彈性材料中，包括大多數固體金屬中。當彈簧或合適的材料被錨定在中心時，它也能滿足中心力的標準。雖然在平方反比定律和胡克定律所支配的系統中，增加物體或粒子之間的距離會產生非常不同的效果，但這兩種中心力都會產生閉合的軌道運動。行星由于引力而繞太陽公轉，服從平方反比定律的一種中心力。類似地，由于靜電力的作用，帶電粒子可以繞著一個相反帶電的中心運行。一個鮮為人知的事實是，當其他力可以忽略不計時，一個中心錨定的彈簧可以使物體繞中心運行。簡諧運動就是這樣一個例子只能沿一個維度移動。
太陽系中的行星圍繞太陽運行，因為它的引力是中心力。牛頓萬有引力定律指出，兩個物體之間的引力是而且，力的大小與物體之間距離的平方成反比換句話說，兩個物體之間的距離增加一倍，力的強度只有另一個的四分之一。當一個物體比另一個質量大得多時，這種排列符合中心力的標準。類似的中心力是帶電粒子之間的靜電力。和重力一樣，靜電力與兩個粒子之間距離的平方成反比。然而，與重力不同，靜電相互作用與其電荷的乘積成正比，而不是其質量。它們也往往在很小的尺度上占主導地位。不過，從數學上講，引力和靜電力的大小都遵循平方反比定律，從而產生不同的中心力由于彈簧與物體的相互作用，彈簧產生的力與彈簧從其平衡長度處拉伸的距離成正比將彈簧從其平衡長度的兩倍拉伸，將產生兩倍于其平衡長度的吸引力。這種行為被稱為胡克定律，不僅存在于彈簧中，而且存在于任何線性彈性材料中，包括大多數固體金屬中。當彈簧或合適的材料被錨定在中心時，它也能滿足中心力的標準。雖然在平方反比定律和胡克定律所支配的系統中，增加物體或粒子之間的距離會產生非常不同的效果，但這兩種中心力都會產生閉合的軌道運動。行星由于引力而繞太陽公轉，服從平方反比定律的一種中心力。類似地，由于靜電力的作用，帶電粒子可以繞著一個相反帶電的中心運行。一個鮮為人知的事實是，當其他力可以忽略不計時，一個中心錨定的彈簧可以使物體繞中心運行。簡諧運動就是這樣一個例子只能沿一個維度移動。
- 發表于 2020-09-07 07:28
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