什么是離心現(xiàn)象？

什么是離心現(xiàn)象？

離心現(xiàn)象指的是在做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)所受向心力突然消失或者是提供不了支撐物體繼續(xù)做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力時(shí)產(chǎn)生的逐漸遠(yuǎn)離圓心的移動(dòng)。

離心現(xiàn)象

　　做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，由于時(shí)刻受到向心力的作用，速度的方向不斷發(fā)生變化，從而維持物體沿圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)物體所需的向心力應(yīng)該滿足關(guān)系式F=mω²R或F=mv²/R。

　　如果物體的角速度(或線速度)增大，或者物體受到的向心力變小，即F<mω²R或F<mv²/R。那么，物體將不能在原來(lái)的圓周上運(yùn)動(dòng)，要逐漸遠(yuǎn)離圓心而去：如果物體所需的向心力突然消失，即F=0，那么由于慣性，物體將沿切線方向飛出去，如下圖所示。

　　做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合力突然消失或者不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力的情況下，就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)叫做離心運(yùn)動(dòng)。

　　從字面上看，“離心”即遠(yuǎn)離圓心，這是很籠統(tǒng)含混的，剖析開(kāi)來(lái)應(yīng)包括以下幾點(diǎn)：

　　1、發(fā)生離心現(xiàn)象的物體原來(lái)一定是向心的，即做圓周運(yùn)動(dòng)，否則談不到離心與否的問(wèn)題。

　　2、離心狀況包括兩種：①沿更大的圓周軌道半徑運(yùn)動(dòng)，如汽車(chē)在光滑的路面上行駛，轉(zhuǎn)彎時(shí)打滑外行;②不再做圓周運(yùn)動(dòng)，沿切向直線飛出，如轉(zhuǎn)動(dòng)濕漉漉雨傘時(shí)雨滴飛出的運(yùn)動(dòng)，以及工廠里轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪與刀具磨出的砂粒的運(yùn)動(dòng)，等等。

離心現(xiàn)象產(chǎn)生條件

　　1、向心力消失

　　向心力是可以改變物體的運(yùn)動(dòng)方向，若向心力突然消失，于是物體的運(yùn)動(dòng)方向不再被改變，由于物體的慣性，物體就會(huì)沿著切線方向飛出去。

　　2、向心力太小

　　向心力太小就不能讓物體保持做圓周運(yùn)動(dòng)的速度，速度方向受向心力而變化，但變化是較慢的，這時(shí)物體就會(huì)逐漸遠(yuǎn)離圓心而做離心運(yùn)動(dòng)。

　　合力F不足以提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，包括兩種情況：原來(lái)物體做圓周運(yùn)動(dòng)，滿足關(guān)系式F=F_n=mv²/R。

　　當(dāng)F_n不變、F減小時(shí).F<F_n<mv²/R，原來(lái)的圓周運(yùn)動(dòng)被破壞，為了維持新的情況下的圓周運(yùn)動(dòng)，需減小F_n，使其變?yōu)?/span>F_n'，此時(shí)有F=F_n'=mv'²/R或F<mv²/R'，即減小v為v'，或增大R為R'。

　　當(dāng)F不變、F_n增大時(shí)，F<F_n<mv'2/R，原來(lái)的圓周運(yùn)動(dòng)被破壞，為了維持新的情況下的圓周運(yùn)動(dòng)，需減小F_n，使其變?yōu)?/span>F_n'，此時(shí)有F=F_n'=mv'²/R或F<mv²/R'，即減小v為v'，或增大R為R'。

　　可見(jiàn)，無(wú)論上述哪種情況，Zui后都要用減小速度或增大半徑來(lái)調(diào)整，以維持新的情況下的圓周情況。

離心現(xiàn)象的本質(zhì)

　　離心現(xiàn)象的本質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)。當(dāng)物體所受到的合外力不足以支撐做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，而不是指的受到沿半徑向外的作用力。物體做離心運(yùn)動(dòng)并不是由于離心力的作用，事實(shí)上，離心力是不存在的。物體受離心力做離心運(yùn)動(dòng)是人們直觀感覺(jué)的錯(cuò)誤。物體做離心運(yùn)動(dòng)是因?yàn)橄蛐牧ν蝗幌Щ蛘呦蛐牧μ　?/span>

　　事實(shí)上，僅僅這樣解釋離心運(yùn)動(dòng)的原因不是很全面和完整。因?yàn)榻滩闹皇菑暮狭Υ笮“l(fā)生變化而得出運(yùn)動(dòng)物體要遠(yuǎn)離圓心運(yùn)動(dòng)的結(jié)論，但實(shí)際上，如果做圓周運(yùn)動(dòng)的物體由于某種原因運(yùn)動(dòng)速度突然增大時(shí)，也會(huì)遠(yuǎn)離圓心。

　　例如，當(dāng)人造衛(wèi)星要從離地較低的圓軌道變到離地較高的圓軌道上去時(shí)，所采取的方法就是啟動(dòng)衛(wèi)星上面的發(fā)動(dòng)機(jī)向運(yùn)動(dòng)相反方向噴氣，使衛(wèi)星獲得動(dòng)力速度增大，這樣就使得在該位置地球?qū)λ囊Σ蛔阋蕴峁┬l(wèi)星所需的向心力，于是衛(wèi)星就做遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了變軌的目的。

常見(jiàn)的離心現(xiàn)象

　　1、棉花糖機(jī)

　　棉花糖機(jī)利用燃?xì)饣螂娂訜釋滋侨芑梢后w。棉花糖機(jī)在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，由于內(nèi)部離心機(jī)的作用，融化成液體的白糖通過(guò)離心機(jī)里的小孔被快速甩出，遇到冷空氣后快速拉成細(xì)絲，當(dāng)?shù)竭_(dá)溫度較低的外筒時(shí)凝固成固體，變成白雪就像棉花。

　　2、洗衣機(jī)中的脫水桶

　　洗衣機(jī)中的脫水桶是一個(gè)多孔的金屬桶。洗凈的衣服在脫水過(guò)程中，衣服做離心運(yùn)動(dòng)被甩向桶壁，轉(zhuǎn)桶有洞，附在衣服上的水滴的向心力是不足夠大的，水滴就會(huì)離開(kāi)衣服。

　　3、yingbi自動(dòng)分揀機(jī)

　　yingbi自動(dòng)分揀機(jī)以離心運(yùn)動(dòng)為工作原理而把不同的yingbi進(jìn)行分類、整理與收集。彎道設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度與寬窄的不同可以將yingbi進(jìn)行分離。

離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用

　　離心運(yùn)動(dòng)在工程技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，利用離心運(yùn)動(dòng)制造的機(jī)械叫做離心機(jī)械，下面簡(jiǎn)單介紹幾種離心機(jī)械。

　　1、離心干燥器

　　它是用來(lái)甩掉濕物體中水分的裝置，在紡織廠和家用洗衣機(jī)中有著普遍的應(yīng)用。

　　離心干燥器的主要構(gòu)造是一個(gè)可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬筒，筒壁上有許多小孔，如下圖所示。將濕物體放在筒內(nèi)，當(dāng)筒的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定數(shù)值后，水滴跟物體的附著力不足以抵杭水滴做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，水滴將脫離物體穿過(guò)筒上的小孔依靠慣性沿切線飛離圓周軌道，這就是離心干燥器干燥濕物的道理。

　　2、離心分離器

　　它是分離渾濁液體中溶液和固體微粒或分離兩種不同密度混合液體的裝置。

　　把含有固體微粒的渾濁液體裝人試管中，然后把試管放在能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的支架上，如下圖所示。高速旋轉(zhuǎn)支架，試管就跟著高速旋轉(zhuǎn)，由于固體微粒密度大，會(huì)很快集中在試管底部，這樣就把固體微粒和溶液分離開(kāi)來(lái)。牛奶分離器就是根據(jù)這個(gè)原理制成的。

　　3、離心式水泵

　　它是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的提水工具，如下圖是離心式水泵的構(gòu)造示意圖。

　　在一個(gè)圓形的套殼內(nèi)，有一個(gè)固定在軸上的、帶有葉片的輪B，輪B在迅速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，殼內(nèi)的水隨同葉片一起轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)樗鞑糠珠g的吸附力不足以使水做圓周運(yùn)動(dòng)，所以一部分水就沿切線方向沖進(jìn)C管。

　　這樣，殼套內(nèi)軸的附近變?yōu)榈蛪簠^(qū)，大氣壓就使井水從A管上升到殼套內(nèi)，替代已經(jīng)排出的水。新進(jìn)入殼套內(nèi)的水義被葉片帶著一起轉(zhuǎn)動(dòng)，甩人C管，這樣就連續(xù)不斷地把井水提到地面上來(lái)了。

離心運(yùn)動(dòng)的危害和防止

　　離心現(xiàn)象雖然有著廣泛的應(yīng)用，但有時(shí)也會(huì)造成危害，我們要注意避免，對(duì)有害的離心運(yùn)動(dòng)要努力克服。

　　當(dāng)外力減小時(shí)，需要減小向心力，以滿足新的平衡狀態(tài)，避免離心現(xiàn)象的發(fā)生，可以通過(guò)減小速率或增大半徑的方法。例如，汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，如果車(chē)速過(guò)大，將會(huì)造成交通事故。因此，汽車(chē)轉(zhuǎn)彎不允許超過(guò)規(guī)定的速度。高速轉(zhuǎn)動(dòng)的飛輪、砂輪也不允許超過(guò)Zui大轉(zhuǎn)速。否則飛輪、砂輪各部分間的相互作用力小于做圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力，將使某些部分破裂而做離心運(yùn)動(dòng)，甚至造成事故。

　　當(dāng)向心力變大時(shí)，需要增大外力，同樣滿足新的平衡狀態(tài)，避免離心現(xiàn)象的發(fā)生。如：乘車(chē)時(shí)扶好把手、系好安全帶便達(dá)到了這個(gè)目的。再如，飛行員在飛行表演俯沖拉起或翻跟頭時(shí)，血液由于離心運(yùn)動(dòng)向下肢流去，導(dǎo)致大腦缺血，下肢充血，這種現(xiàn)象叫做過(guò)載。太大的過(guò)載，會(huì)引起飛行員暫時(shí)失明，甚至昏厥。飛行員只要平時(shí)加強(qiáng)訓(xùn)練，就能不斷提高抗過(guò)載的能力。