离心力

在牛顿力学中，离心力是一种惯性力（也称为虚拟力或伪力），当在旋转参考系中观察时，它似乎作用于所有物体。 它背离平行于旋转轴并通过坐标系原点的轴。 如果旋转轴穿过坐标系的原点，则离心力从该轴径向向外。 在距离参考系原点 r 处以角速度 ω 旋转的质量为 m 的物体上的离心力 F 的大小为： F = m ω 2 r

离心力的概念可以应用于旋转装置，如离心机、离心泵、离心调速器和离心离合器，以及离心铁路、行星轨道和倾斜曲线，当它们在旋转坐标系中进行分析时。

令人困惑的是，该术语有时也被用于反离心力，这是一种真正的与惯性系无关的牛顿力，作为对向心力的反作用而存在。

离心力是在旋转参考系中明显的向外力。 当相对于惯性参考系描述系统时，它不存在。

所有位置和速度的测量都必须相对于某个参考系进行。 例如，对飞行中客机中物体运动的分析可以相对于客机、地球表面甚至太阳进行。 相对于恒星静止的参考系（或不旋转且以恒定速度移动的参考系）通常被视为惯性系。 任何系统都可以在惯性系中进行分析（因此没有离心力）。 然而，用旋转坐标系来描述旋转系统往往更方便——计算更简单，描述更直观。 当做出这种选择时，包括离心力在内的虚拟力就会出现。

在绕通过其原点的轴旋转的参考系中，所有物体，无论其运动状态如何，似乎都受到径向（从旋转轴）向外的力的影响，该力与其质量、距离成正比 从框架的旋转轴到框架角速度的平方。 这就是离心力。 由于人类通常会在旋转参考系内受到离心力，例如 在旋转木马或交通工具上，这比向心力更为人所知。

相对于旋转框架的运动会产生另一种虚拟力：科里奥利力。 如果框架的旋转速率发生变化，则需要第三个虚拟力（欧拉力）。 这些虚拟力对于在旋转参考系中制定正确的运动方程式是必要的，并且允许牛顿定律在这样的参考系中以其正常形式使用。

乘坐正在改变方向的交通工具（例如汽车）中的乘客会遇到产生离心力概念的常见经历。 如果汽车沿直线道路以恒定速度行驶，则车内的乘客不会加速，根据牛顿第二运动定律，因此作用在他们身上的合力为零。 如果汽车进入向左弯曲的弯道，乘客会感受到一股明显的力，似乎将他们拉向右侧。

这就是假想的离心力。 需要在乘客的局部参照系中解释他们突然开始相对于汽车向右加速的趋势——他们必须通过向汽车施加向右的力（例如，对汽车的摩擦力）来抵制这种趋势 座位），以便在内部保持固定位置。 由于他们将座位向右推，牛顿第三定律说座位将他们向左推。 离心力必须包含在乘客的参考系中（乘客保持静止）：它抵消了座椅向乘客施加的向左力，并解释了为什么这种不平衡的力不会导致他们加速 . 然而，对于从上方立交桥上观察的静止观察者来说，很明显座椅施加在乘客身上的摩擦力是不平衡的； 它构成了一个向左的合力，导致乘客向车内加速。