水流星實驗及原理(水流星)
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1、一項中國傳統(tǒng)民間雜技藝術。
2、利用了物理中的離心力原理。
3、離心力是一種虛擬力,是一種慣性力,它使旋轉的物體遠離它的旋轉中心。
4、在牛頓力學里,離心力曾被用于表述兩個不同的概念:在一個非慣性參考系下觀測到的一種慣性力,向心力的平衡。
5、在拉格朗日力學下,離心力有時被用來描述在某個廣義坐標下的廣義力。
6、在通常語境下,離心力并不是真實存在的力。
7、它的作用只是為了在旋轉參考系(非慣性參考系)下,牛頓運動定律依然能夠使用。
8、在慣性參考系下是沒有離心力的,在非慣性參考系下(如旋轉參考系)才需要有慣性力,否則牛頓運動定律不能使用。
9、想象一個圍繞中心旋轉的圓盤,角速度為ω。
10、在圓盤上有一個質量為m木塊,木塊由繩子連接,繩子的另一端固定在圓盤的中心(也是旋轉中心),繩長為r。
11、木塊隨圓盤一同轉動,假設沒有任何摩擦力,木塊的旋轉是由于繩子的拉力。
12、在隨圓盤一同轉動的觀察者看來,木塊是靜止的。
13、根據(jù)牛頓定律,木塊受到的合力應為零。
14、但是木塊只受到一個力,就是繩子的拉力,所以合力不為零。
15、那么這違反牛頓定律嗎?牛頓定律只有在慣性系下才成立,但是隨圓盤一同轉動的觀察者所在的參考系是非慣性系,所以牛頓定律在這里不成立。
16、為了使牛頓定律在非慣性系下仍然成立,那么就需要引用一個慣性力,即離心力。
17、離心力的大小為 ,與繩子提供的拉力相等,但方向與之相反。
18、引入離心力后,在隨圓盤一同轉動的觀察者看來,木塊同時受到繩子的拉力和離心力,大小相等,方向相反,合力為零。
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