▷ 向心力とは何ですか？ (計算式と例)

この記事では、物理学における向心力とは何かについて説明します。そこで、向心力の意味、向心力の計算方法、さらにステップバイステップの解決演習を学びます。

向心力とは何ですか？

向心力は、円運動を描く物体に作用する力です。より具体的には、向心力は、物体の方向を変え、円形の経路をたどらせる力です。したがって、向心力は円運動の場合にのみ現れます。

たとえば、ボールに紐を取り付けて軸の周りを一定の速度で回転させると、紐によって向心力が働くため、ボールは円軌道を描きます。向心力の別の例は、衛星を軌道上に維持する力です。

向心力の主な特徴は、円軌道に接する円運動を表す物体の速度に対して垂直であることです。したがって、向心力は常に円運動の中心の方向を向きます。

前の画像でわかるように、向心力 (F _c ) の方向は半径方向であり、その方向は円形パスの中心に向かっています。一方、接線力 (F _t ) は向心力に対して垂直であり、特定のタイプの円運動にも現れます。以下では、向心力と接線力の違いを見ていきます。

向心力は、物体の質量と向心加速度の積に等しい。したがって、向心力は、物体の質量に速度の二乗を乗算し、半径で割った値に等しくなります。向心力も、質量に角速度の二乗と半径を乗じることによって計算されます。

つまり、向心力の計算式は次のようになります。

金：

向心力は常に円形パスの中心の方向を向くことに注意してください。したがって、向心力の符号は、選択した基準系に応じて正または負になります。

向心力の定義とその公式がわかったところで、このタイプの力がどのように計算されるかの具体例を見てみましょう。

この問題では物体の角速度の値が得られるため、向心力を求めるには次の公式を使用する必要があります。

$F_c=m\cdot \omega^2 \cdot r$

そこで、データを式に代入して、等速円運動をする回転体に作用する向心力を計算します。

$F_c=8\cdot 2^2 \cdot 3= 96\ N$

このセクションでは、向心力と接線力の違いについて説明します。これらはさまざまな円運動で現れる 2 つの主なタイプの力です。

接線力は、不均一な円運動を描く物体に作用する力であり、物体がたどる軌道に対して接線方向です。接線力は、物体の回転を速くしたり遅くしたりする力です。

向心力と接線力の違いは、向心力は移動体の軌道の方向の変化を引き起こすのに対し、接線力は移動体の速度の大きさの変化を引き起こすことです。

さらに、向心力は円形パスの中心の方向を指し、接線力はパスに接します。したがって、向心力と接線力は垂直になります。

どのタイプの円運動にも向心力が存在することに留意してください。そうでない場合、移動体は直線の経路をたどることになります。ただし、等速円運動では接線速度が一定であるため、接線力はゼロになります。

最後に、向心力と遠心力の違いについて見ていきます。これらはしばしば混同される 2 つの異なる種類の力であるためです。

遠心力は、回転基準系から物体の動きを研究するときに現れる架空の力です。

したがって、向心力と遠心力の違いは、向心力は物体が円運動するときに現れる実際の力であるのに対し、遠心力は基準系が軸を中心に回転するときに現れる架空の力であるということです。