離心力（centrifugal force）是一種使物體遠離中心的虛擬力。是非慣性系中“慣性離心力”的簡稱。其原理是當物體做曲線運動時，該物體內(nèi)部運動慢的分子會因分子間相互作用力跟著運動快的分子而改變運動狀態(tài)，這中分子間的延遲效果就體現(xiàn)為離心力，其公式為 F＝mω2r，表示物體的質(zhì)量為 m，角速度為 ω，半徑為 r。
離心現(xiàn)象是指當支持一個物體作圓周運動的力減弱或消失時，物體逐漸遠離圓心，這種現(xiàn)象可在鏈球運動、車輛轉彎以及天體圓周運動等觀察到。在日常生活中離心力的應用常見于洗衣機，水在離心力作用下將衣服中的污垢帶走。在工業(yè)設備上離心力常用來制造分離液態(tài)非均相混合物的機械設備。在航空航天上離心力用來為宇航員制造“人造重力”。在醫(yī)療領域利用離心力來分離血小板。
定義
在非慣性系中，由于參考系本身的加速運動，牛頓定律需要通過引入慣性力來修正才能適用。離心力是非慣性參考系中的虛擬力，不存在實際的施力物體和相應的反作用力。在慣性參考系中不存在離心力。假設系統(tǒng)中不存在任何摩擦力，木塊的旋轉完全由繩子的拉力維持。在與圓盤一同旋轉的參考系中，也即非慣性參考系中，觀察者會發(fā)現(xiàn)木塊靜止不動。
正在做勻速圓周運動的物體，在向心力不足或向心力突然消失時，所作的逐漸遠離圓心的運動，叫做離心運動。作勻速圓周運動的物體，必須時刻受到向心力的作用，才能使速度的方向不斷發(fā)生改變，從而維持物體沿圓周運動，根據(jù)牛頓第二運動定律（為向心加速度），而（為切向速度），此時物體所需的向心力或；如物體的角速度(或線速度) 增大了，或物體受到的向心力變小，即或，物體則不能維持原有的圓周運動，而是逐漸遠離圓心而去；如物體所需要的向心力突然消失，即 F=0，物體會因慣性而以該時刻的速度沿切線方向飛出去，如圖所示。
發(fā)現(xiàn)歷史
在1664一1665年寫的《未發(fā)表的記事手稿》中，艾薩克·牛頓討論了在圓形軌道上運動的質(zhì)點所受的向心力的問題，他假設一個小球在半徑為的圓筒內(nèi)表面上沿著作圓運動，如果圓筒內(nèi)壁不控制其運動，小球在點或點就會沿切線或飛離出去，如圖所示。牛頓分析了小球從a運動到b時，小球反射時對壁的壓力（指沖量）：小球運動的力（指動量）=，在分析了4詞反射的情形后，他得出結論：全部反射力與物體運動的力之比如同全部邊長（即周長）對半徑之比，即力正比于運動量的改變，這巧妙地得出了“離心力”定律。
后在1669年前，牛頓在《論圓運動》的手稿中，根據(jù)慣性原理、自由落體定律和正在他頭腦中萌發(fā)的牛頓第二運動定律，通過幾何分析，得到了他的離心力公式。1673年，荷蘭著名的物理學克里斯蒂安·惠更斯在擺鐘研究中也發(fā)現(xiàn)了離心力公式。大約在1883年，馬赫原理提出，產(chǎn)生離心力和其他慣性效應的不是絕對旋轉，而是遠處恒星相對于局部慣性參考系的運動，這通過某種假定的物理法則實現(xiàn)。
原理
當物體做圓周運動時，類似于有一股力作用在離心方向，因此稱為離心力，離心力是一種慣性力，其無法找出施力物體，違背了牛頓第三運動定律。當物體做曲線運動時，受到向心力作用，物體內(nèi)的分子不在保持彼此相對靜止，而是由向心力起初作用的一小塊分子群拉著后面一連串分子，由于向心力時刻改變，物體內(nèi)這一連串分子的運動狀態(tài)也要時刻改變，晚改變的分子會因早改變分子的分子間相互作用力跟著改變運動狀態(tài)，這個分子間的延遲效果體現(xiàn)為外在的離心力，這用牛頓定律解釋不合理，所以衍生出離心力。在以ω為角速度旋轉的參考系中，距離轉軸為r處，離心力公式為：，其中為回轉物體的質(zhì)量，為角速度，為回轉半徑，方向沿半徑背離旋轉軸向外。
離心現(xiàn)象
物體做圓周運動需要一定的向心力，當做圓周運動的物體在向心力減小或突然消失時，物體會做逐漸遠離圓心的運動，這種運動叫作離心運動，這種現(xiàn)象叫作離心現(xiàn)象。例如體育上的鏈球運動，在投鏈球時，運動員拉著鏈球的鏈索，讓鏈球做圓周運動，鏈球越轉越快，這時拉鏈索的力，就是鏈球做圓周運動的向心力，而后，運動員突然一松手，向心力消失，鏈球便沿切線方向飛去，這是鏈球產(chǎn)生了離心現(xiàn)象。
例如車輛繞彎，當人正在坐車，汽車在彎道上轉彎的時候，乘客的身體也跟著一起改變運動方向，但由于慣性乘客的身體會想要保持運動方向不變，繼續(xù)向前運動，乘客會感覺像有一種外力把身體往車外牽引。
例如天體圓周運動，月球因離心力才能一直圍繞地球公轉，月球受到地球引力的吸引，會漸漸貼近地球，如沒有離心力，月球會離地球越來越近，直到相撞，由于月球始終在做曲線運動，會受到離心力的影響，離心力與地球引力強度相同、互相抵消，因此月球始終與地球保持一定距離進行公轉。
產(chǎn)生條件
第一，做圓周運動的物體，由于本身具有慣性，總是想沿著切線方向運動，只是由于向心力作用，使它不能沿切線方向飛出，而被限制著沿圓周運動。第二，當產(chǎn)生向心力的合外力消失，物體便沿所在位置的切線方向飛出去。第三，當提供向心力的合外力不完全消失，而只是小于應當具有的向心力，即合外力不足以提供所需的向心力的情況下，物體沿切線與圓周之間的一條曲線運動，即做逐漸遠離圓心的運動。第四，若合外力大于所需的向心力，物體離圓心將越來越近，即為近心運動。
應用
日常生活
波輪洗衣機與滾筒洗衣機各自利用離心現(xiàn)象，洗衣機內(nèi)桶高速旋轉產(chǎn)生離心力，衣服在離心力作用下緊貼桶壁，高速旋轉甩出衣服中水分。離心力洗衣機不僅能減少磨損還能降低變形，國家標準的洗衣機磨損率為1.5‰，磨損率較低的洗衣機為1‰，而離心力洗衣機的磨損率為0.04‰，還可采用波輪洗滌方式清洗非高檔羊毛絨服裝。
工業(yè)設備
離心機是利用慣性離心力來分離液態(tài)非均相混合物的機械設備，由于不同相的物質(zhì)密度不同，單位體積內(nèi)受到的離心力大小也不同，使密度大的物質(zhì)在外而密度小的物質(zhì)在內(nèi)，從而達到分離效果，主要是從懸濁液中分離出晶體顆粒及纖維狀物質(zhì)，或是從乳濁液中分離出重液和輕液。分離因素(離心加速度與重力加速度之比）是反應離心沉降設備分離性能的重要指標，值越大，離心機分離能力越強。因離心機構造、分離對象及要求的不同，其分離因素的范圍液也不同。按照分離因素，離心力可分為常速離心機（，通常為600-1200），高速離心機（=300~50000），超速離心機（)；按照其操作原理可分為沉降式、過濾式和分離式；根據(jù)操作的連續(xù)程度可分為間歇式和連續(xù)式；還可根據(jù)離心機轉鼓軸線的方向分為里式離心機和臥式離心機。
航空航天
在載人飛船內(nèi)的一切物體處于失重狀態(tài)，這種失重狀態(tài)會妨礙宇航員進行執(zhí)行觀察、實驗等人物，因此在宇宙空間站里制造了“人造重力”，使宇航員能在接近日常生活條件下工作。將空間站圍繞自身的中心旋轉，在離心力的作用下，將空間站內(nèi)人和物理向環(huán)壁擠壓，產(chǎn)生近似于地面上的人和物對地面的作用，來產(chǎn)生“人造重力”。
醫(yī)療領域
利用大型離心機來分離富含血小板(PRP），以 4170XG離心2分鐘，應用角度轉子離心機，以 4500rpm 離心2分鐘，再用水平搖動懸掛轉子離心機以 4000rpmm離心3分鐘，離心后的血小板會懸浮血袋上清血漿中，將上去血袋擠于子袋內(nèi)即可。還可分離濃縮血小板，使用角度式轉子離心，以5140XG（5000rpm）離心 5分鐘或用水平式轉子離心分離用5000XG（4100rpm）離心 5 分鐘即可。
類似理論
慣性
任何物體都具有保持原運動狀態(tài)不改變的性質(zhì)，如果對一個物體施加外力試圖改變其運動狀態(tài)，那么這個物體會表現(xiàn)出一種阻抗，這個性質(zhì)就是慣性，即任何物體都具有慣性，這是牛頓第一運動定律，又叫作“慣性定律”。
向心力
物體做勻速圓周運動時，其速度大小不變，速度方向卻不斷改變，可見它受到了力的作用，由于這個力沒有改變物體速度的大小，表明這個力在速度方向上的分力等于零，即它的方向是與速度方向垂直，指向圓心，那么這個力被稱作向心力。
參考資料 >