원심력

뉴턴 역학에서, 원심력은 회전하는 기준 프레임에서 볼 때 모든 물체에 작용하는 것처럼 보이는 관성력이다.회전축과 평행하고 좌표계의 원점을 통과하는 축에서 멀어집니다.회전축이 좌표계의 원점을 통과하면 원심력은 해당 축에서 방사상으로 바깥쪽으로 향합니다.각속도θ로 회전하는 기준 프레임의 원점으로부터 거리 r에서 질량 m 물체에 대한 원심력 F의 크기는 다음과 같다.

F=m\Omega ^{2}r

원심력의 개념은 원심분리기, 원심펌프, 원심가바나, 원심클러치 등의 회전장치와 원심철도의 행성궤도 및 뱅크커브를 회전좌표계로 해석할 때 적용할 수 있다.

이 용어는 때때로 구심력에 대한 반응으로 존재하는 실제 관성 프레임 독립 뉴턴 힘인 반응 원심력에도 사용된다.

관성 기준 프레임(화상 상부)에서는 검은 공이 직선으로 이동한다.그러나 회전/비관성 기준범위(화상의 하부)에 서 있는 관찰자(갈색 점)는 이 프레임에 존재하는 코리올리와 원심력에 의해 물체가 곡선 경로를 따라가는 것으로 본다.

서론

원심력은 회전하는 기준 ^[1]^[2]^[3]프레임에서 겉으로 드러나는 힘이다.관성 기준 프레임에 대해 시스템이 설명되는 경우에는 존재하지 않습니다.

모든 위치 및 속도 측정은 일부 기준 프레임을 기준으로 수행해야 합니다.예를 들어, 비행 중인 여객기에 있는 물체의 움직임에 대한 분석은 여객기, 지구 표면 또는 심지어 ^[4]태양에 대해 상대적으로 이루어질 수 있다."고정된 별"에 대해 정지해 있는 기준 프레임(또는 회전하지 않고 일정한 속도로 움직이는 프레임)은 일반적으로 관성 프레임으로 간주된다.모든 시스템은 관성 프레임 내에서 분석할 수 있습니다(원심력 없이).그러나 회전 프레임을 사용하여 회전 시스템을 설명하는 것이 더 편리할 때가 많습니다. 계산이 더 간단하고 설명이 더 직관적입니다.이 선택을 하면 원심력을 포함한 가공의 힘이 발생합니다.

대한 참조 프레임 축에 대한 원점을 회전에서, 모든 개체 관계 없이 동작 상태의, 그들의 질량, 그 틀의 회전축의 거리 및 프레임의 각 속도의 제곱에 비례는 반지름 방향으로(회전축에서)외부 힘의 영향력 아래에 있는 것처럼 보인다.[5][6]이게 원심력이에요.인간은 회전목마나 차량과 같은 회전 기준 프레임 내에서 원심력을 경험하기 때문에 구심력보다 훨씬 더 잘 알려져 있다.

회전 프레임에 상대적인 움직임은 또 다른 가공의 힘인 코리올리 힘을 낳습니다.프레임의 회전 속도가 변화하면, 세 번째 가공의 힘(오일러 힘)이 필요합니다.이러한 가공의 힘은 회전하는 기준^[7]^[8] 프레임에서 정확한 운동 방정식의 공식화에 필요하며, 이러한 프레임에서 뉴턴의 법칙을 정상적인 형태로 사용할 수 있도록 합니다. 단, 가공의 힘은 뉴턴의 제3의 법칙에 따르지 않습니다. 그들은 동등하고 반대되는 ^[7]힘이 없습니다.뉴턴의 제3법칙은 상대물이 동일한 기준 범위 내에 존재하도록 요구하기 때문에, 그렇지 않은 원심력과 구심력은 작용과 반작용이 아니다(가끔 잘못 주장되는 것처럼).

예

커브를 도는 차량

원심력에 대한 생각을 불러일으키는 일반적인 경험은 차와 같이 방향을 바꾸는 차량에 탄 승객들과 마주친다.자동차가 직선 도로를 따라 일정한 속도로 주행하는 경우, 안에 있는 승객은 가속을 하지 않기 때문에 뉴턴의 두 번째 운동 법칙에 따르면, 그들에게 작용하는 순 힘은 0입니다(서로 작용하는 모든 힘은 서로를 상쇄합니다).차량이 왼쪽으로 꺾이는 커브에 진입하면 승객은 자신을 오른쪽으로 끌어당기는 듯한 명백한 힘을 경험하게 됩니다.이것은 가상의 원심력입니다.승객의 국지적 기준 범위 내에서 자동차에 대해 우측으로 갑자기 가속하기 시작하는 경향(예를 들어, 좌석에 대한 마찰력)을 설명해야 한다.그들이 좌석을 오른쪽으로 밀기 때문에 뉴턴의 제3법칙에 따르면 좌석은 그들을 왼쪽으로 밀어준다.원심력은 반드시 승객 기준 프레임(승객이 정지해 있는 상태)에 포함되어야 합니다. 원심력은 시트가 승객에게 가하는 좌측 방향 힘을 상쇄하고, 그렇지 않으면 불균형한 힘이 승객을 ^[9]가속시키지 않는 이유를 설명합니다.그러나 위쪽 육교에서 시트에 의해 승객에게 가해지는 마찰력이 균형을 이루지 못하고 있다는 것을 관찰하는 정지 상태의 관찰자에게 분명할 것이다. 이는 좌측으로 순력을 구성하며, 승객은 곡선 안쪽을 향해 가속해야 하기 때문에 프로시스가 아닌 차량을 따라 계속 이동해야 하기 때문이다.일직선으로 딩동댕동 구르죠그래서 그들이 느끼는 "중심세력"은 ^[10]관성에 의한 "중심주의 성향"의 결과이다.외관 힘의 크기가 "G"로 보고되는 항공기와 롤러코스터에서도 유사한 영향이 발생한다.

실에 박힌 돌멩이

돌을 끈 위에서 회전시키면 수평면에서 돌에 작용하는 유일한 실제 힘은 끈에 의해 가해진다(중력은 수직으로 작용한다).수평면의 돌에는 중심을 향해 작용하는 순력이 있다.

관성 기준의 틀에서, 돌에 작용하는 이 순 힘이 없었다면, 돌은 뉴턴의 제1 운동 법칙에 따라 직선으로 움직였을 것이다.돌을 원형 경로로 이동시키기 위해서는 끈에 의해 제공되는 구심력을 돌에 지속적으로 가해야 한다.돌을 제거하는 즉시(예를 들어 줄이 끊어진 경우) 위에서 볼 때 돌은 직선으로 이동합니다.이 관성 프레임에서는 모든 운동을 실제 힘과 뉴턴의 운동 법칙만으로 적절하게 묘사할 수 있기 때문에 원심력의 개념이 필요하지 않다.

돌과 같은 축을 중심으로 회전하는 기준틀에서 돌은 정지해 있다.그러나 끈이 가한 힘은 여전히 돌에 작용하고 있다.만약 뉴턴의 법칙을 통상적인 형태(관성 프레임)로 적용한다면, 돌이 회전축을 향해 작용하는 순 힘의 방향으로 가속해야 한다고 결론지을 것이다.회전 프레임에 뉴턴의 운동 법칙을 적용하기 위해서는 원심력과 다른 가공의 힘이 실력과 함께 포함되어야 합니다.

지구

지구는 축을 중심으로 23시간 56분에 한 번씩 회전하기 때문에 회전 기준 프레임을 구성한다.회전이 느리기 때문에, 그것이 만들어내는 가공의 힘은 종종 작으며, 일상적인 상황에서는 일반적으로 무시될 수 있다.높은 정밀도를 필요로 하는 계산에서도, 원심력은 일반적으로 명시적으로 포함되지 않고 오히려 중력과 합쳐진다: 지구 표면의 어느 지점에서나 국부적인 "중력"의 강도와 방향은 사실 중력과 원심력의 조합이다.그러나 가상의 힘은 임의의 크기가 될 수 있습니다.예를 들어, 지구 방향 기준 시스템에서 가상의 힘(코리올리의 순력과 원심력)은 엄청나며 지구를 도는 태양(지구 방향 기준 시스템)을 담당합니다.이것은 태양의 큰 질량과 속도 때문이다.

극과 적도에 있는 물체의 무게

만약 어떤 물체가 지구의 극 중 하나에서 단순한 스프링 저울로 무게를 재는다면, 그 물체에 작용하는 두 가지 힘이 있다: 아래 방향으로 작용하는 지구의 중력과 위쪽으로 작용하는 스프링의 등가 및 반대 복원력.물체는 정지해 있고 가속하지 않기 때문에 물체에 작용하는 순력은 없고 스프링으로부터의 힘은 물체에 가해지는 중력의 크기와 같다.이 경우 저울은 물체에 가해지는 중력의 값을 나타냅니다.

같은 물체가 적도에 무게를 잴 때, 같은 두 개의 실제 힘이 그 물체에 작용한다.그러나 이 물체는 지구가 자전하면서 원형의 경로를 따라 움직이며 구심 가속을 경험하고 있다.관성 프레임(즉, 지구와 함께 회전하지 않는 프레임)에서 고려할 때, 0이 아닌 가속도는 중력이 스프링으로부터의 힘과 균형을 이루지 못한다는 것을 의미한다.순구심력을 가지려면 스프링의 복원력 크기가 중력 크기보다 작아야 한다.스프링의 복원력이 적으면 무게가 작아져 저울에 반영된다. 즉, ^[11]극지방보다 적도에서 약 0.3% 감소한다.지구 기준 프레임(무게를 재는 물체가 정지해 있는 상태)에서는 물체가 가속하고 있는 것처럼 보이지 않지만, 두 개의 실제 힘, 즉 중력과 스프링으로부터의 힘은 크기가 같고 균형이 맞지 않습니다.외관상 가속력 부족과 일치하도록 힘의 합계가 0이 되도록 원심력을 포함해야 합니다.

주의: 실제로 관측된 체중 차이는 약 0.53%로 더 크다.지구의 중력은 적도보다 극에서 조금 더 강합니다. 왜냐하면 지구는 완벽한 구체가 아니기 때문에 극에 있는 물체는 적도보다 지구의 중심에 약간 더 가깝기 때문입니다. 이 효과는 관측된 무게 차이를 만들기 위해 원심력과 결합합니다.^[12]

파생

다음 형식주의에서 회전 기준 프레임은 고정 프레임을 나타내는 관성 기준 프레임에 대해 회전하는 비관성 기준 프레임의 특수한 경우로 간주된다.

회전 프레임의 시간 미분

회전 기준 프레임에서, 시간의 벡터 함수 P의 시간 미분(물체의 $속도$ 및 가속도 벡터 등)은 정지 프레임의 시간 미분과는 다를 것이다. $P 1 2$ P, $P$ 가₃ 단위 $벡터$ i, $j,$ $k$ 에 대한 P의 $성분$ 이라면( $즉$ , P = $Pi 1$ + $P 2 j$ + $P 3$ $k$ ), P의 회전 프레임에 대한 $P$ 의첫 번째 $유도체 [dP/$ dt]는 $정의상 1$ DP $/d+dp$ + dp + $dt$ 이다₂.회전 프레임의 절대 각속도가 $θ$ 이면 정지 프레임에 대한 P의 $미분$ $dP /dt$ 는 다음 $식에$ 의해 [dP/ $[13] dt]$ 와 관련된다.

{\frac {operatorname {d} {\operatorname {d} t} = \left[\frac {\operatorname {d} {P} {\fright} + {\boldsymbol {d} t} {\times

여기서 $\times$ × {\ $displaystyle \times}$ 는 $\times$ 벡터 교차곱을 나타냅니다.즉, 고정 프레임의 P $변화율$ 은 회전 프레임의 외관 변화율과 회전 프레임의 움직임에 기인하는 ${\boldsymbol {\omega }}\times {\boldsymbol {P}}$ 회전 속도 ${\boldsymbol {\omega }}\times {\boldsymbol {P}}$ ${\boldsymbol {\omega }}\times {\boldsymbol {P}}$ ${\boldsymbol {\omega }}\times {\boldsymbol {P}}$ \ $display$ style \ bold $symbol$ \ $obega$ } \ $times$ \ $bold$ symbol { $P}$ 의 합이다.벡터 $θ$ 는 회전율과 같은 진폭 $θ$ 를 가지며, 오른쪽 규칙에 따라 회전축을 따라 방향을 잡는다.

액셀러레이션

벡터 형태로 쓰여진 질량 m 입자에 대한 뉴턴의 운동 법칙은 다음과 같습니다.

{\boldsymbol {F}}=m{\boldsymbol {a}}\,

$여기$ 서 F는 입자에 가해지는 물리력의 벡터 $합$ 이며 a는 입자의 절대 가속도(관성 프레임에서의 가속도)이며, 다음과 같이 주어진다.

{boldsymbol {a}}=parac {operatorname {d}^{2}{\boldsymbol {r}}{\operatorname {d} t^{2}}\,

$여기$ 서 r은 입자의 위치 벡터입니다.

위의 변환을 정지상태에서 회전프레임으로 3회( $Display$ ${frac {operatorname {r}}$ {\ $operatorname {d$ }) 및 $display$ style ${fracername {d}$ t ${\frac {\operatorname {d} }{\operatorname {d} t}}\left[{\frac {\operatorname {d} {\boldsymbol {r}}}{\operatorname {d} t}}\right]$ 에 ${\frac {\operatorname {d} {\boldsymbol {r}}}{\operatorname {d} t}}$ 1회) 적용하면 됩니다 $.$ ${\frac {\operatorname {d} }{\operatorname {d} t}}\left[{\frac {\operatorname {d} {\boldsymbol {r}}}{\operatorname {d} t}}\right]$ ({ $operatorname {d}$ { $boldsymbol {r}}{\operatorname {d}$ t $}}\right}))$ 입자의 절대 가속도는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다 $.$

{\displaystyle{\begin{정렬}{\boldsymbol{}}&={\frac{\operatorname{d}^{2}{\boldsymbol{r}}}{\operatorname{d}t^{2}}}={\frac{\operatorname{d}}{\operatorname{d}t}}{\frac{\operatorname{d}{\boldsymbol{r}}}{\operatorname{d}t}}={\frac{\operatorname{d}}{\operatorname{d}t}}\left(\left[{\frac{\operatorname{d}{\boldsymbol{r}}}.{\operatorname {d} t} \ right ] + { \ bold symbol { omega } \ times \ bold symbol { r } \ right ）\\&, =\left[{\frac{\operatorname{d}^{2}{\boldsymbol{r}}}{\operatorname{d}t^{2}}}\right]+{\boldsymbol{\omega}}}\left[{\frac{\operatorname{d}{\boldsymbol{r}}}{{d}t}}\operatorname \right]+{\frac{\operatorname{d}{\boldsymbol{\omega}\times}{\operatorname{d}t}}\times{\boldsymbol{r}}+{\boldsymbol{\omega}}{\frac{\operator \times.이름.{d}{\boldsymbol{r}}}{\operatorname{d}t}}\\&, =\left[{\frac{\operatorname{d}^{2}{\boldsymbol{r}}}{\operatorname{d}t^{2}}}\right]+{\boldsymbol{\omega}}}\left[{\frac{\operatorname{d}{\boldsymbol{r}}}{{d}t}}\operatorname \right]+{\frac{\operatorname{d}{\boldsymbol{\omega}\times}{\operatorname{d}t}}\times{\boldsymbol{r}}와{\b.늙은기호:\times \left(\frac {operatorname {d} {\operatorname {r}} {\operatorname {d} t}}\right]+{\boldsymbol {d}\times\boldsymbol {r}\right}\\&, =\left[{\frac{\operatorname{d}^{2}{\boldsymbol{r}}}{\operatorname{d}t^{2}}}\right]+{\frac{\operatorname{d}{\boldsymbol{\omega}}}{\operatorname{d}t}}\times{\boldsymbol{r}}+2{\boldsymbol{\omega}}({\boldsymbol{년 \left[{\frac{\operatorname{d}{\boldsymbol{r}}}{{d}t}}\operatorname \right]+{\boldsymbol{\omega}}\times \times.omega}}\times {boldsymbol {r}\.end {aligned}}

힘.

회전 프레임의 겉보기 가속도는 $\left[{\frac {d^{2}{\boldsymbol {r}}}{dt^{2}}}\right]$ $\left[{\frac {d^{2}{\boldsymbol {r}}}{dt^{2}}}\right]$ $\left[{\frac {d^{2}{\boldsymbol {r}}}{dt^{2}}}\right]$ t $]{$ 입니다.외부 힘이 없는 관찰자는 이 가속도가 0이 될 것으로 예상합니다.그러나 뉴턴의 운동 법칙은 관성 프레임에만 적용되며 절대 ${\frac {d^{2}{\boldsymbol {r}}}{dt^{2}}}$ ${\frac {d^{2}{\boldsymbol {r}}}{dt^{2}}}$ ${\frac {d^{2}{\boldsymbol {r}}}{dt^{2}}}$ $({$ symbol ${r}}{dt^{2$ 의 관점에서 역학을 설명한다.따라서 관찰자는 추가 항을 가공의 힘에 의한 기여로 인식한다.겉으로 보이는 가속도의 이러한 항들은 질량과 독립적입니다. 그래서 중력과 같이 각각의 가상의 힘은 질량에 비례하여 물체를 끌어당기는 것으로 보입니다.이러한 힘이 더해지면 운동 방정식은 다음과 같은 형태를 ^[14]^[15]^[16]취합니다.

{\boldsymbol {F}-m{\frac {operatorname {d}{\operatorname {d}}{\operatorname {d}}}\times {\boldsymbol {r}-2m}\times \left[\frac {\operatorname {d}{\boldsymboldsymbol}}

=m\left[{\frac {operatorname {d} ^{2}}{\boldsymbol {r}}{\operatorname {d} t^{2}}\right}\.

회전 프레임의 관점에서는 추가력 항은 실제 외력과 동일하게 경험되어 외관 ^[17]^[18]가속도에 기여한다.방정식의 힘 쪽에 있는 추가 항은 왼쪽에서 오른쪽으로 읽으면 오일러 $-m\operatorname {d} {\boldsymbol {\omega }}/\operatorname {d} t\times {\boldsymbol {r}}$ 힘 $-2m{\boldsymbol {\omega }}\times \left[\operatorname {d} {\boldsymbol {r}}/\operatorname {d} t\right]$ $-m\operatorname {d} {\boldsymbol {\omega }}/\operatorname {d} t\times {\boldsymbol {r}}$ $-m\operatorname {d} {\boldsymbol {\omega }}/\operatorname {d} t\times {\boldsymbol {r}}$ $-m\operatorname {d} {\boldsymbol {\omega }}/\operatorname {d} t\times {\boldsymbol {r}}$ / $-m\operatorname {d} {\boldsymbol {\omega }}/\operatorname {d} t\times {\boldsymbol {r}}$ t × $-m\operatorname {d} {\boldsymbol {\omega }}/\operatorname {d} t\times {\boldsymbol {r}}$ { $display$ - m \ $operatorname$ { $d }$ { d } { $bold$ symbol { $d$ } / \ $operatorname$ { $d} t \ times$ \ times \ bold $symbolismbol {r$ $-2m{\boldsymbol {\omega }}\times \left[\operatorname {d} {\boldsymbol {r}}/\operatorname {d} t\right]$ cornambolis $-2m{\boldsymbol {\omega }}\times \left[\operatorname {d} {\boldsymbol {r}}/\operatorname {d} t\right]$ $-2m{\boldsymbol {\omega }}\times \left[\operatorname {d} {\boldsymbol {r}}/\operatorname {d} t\right]$ 으로 인식할 수 있다. $기호(\times \left[\operatorname {d}{boldsymbol {r}/\operatorname {d} t$ $\right$ $-2m{\boldsymbol {\omega }}\times \left[\operatorname {d} {\boldsymbol {r}}/\operatorname {d} t\right]$ 및 원심력 $displaystyle -mboldsymbol {d}times\$ right $-m{\boldsymbol {\omega }}\times ({\boldsymbol {\omega }}\times {\boldsymbol {r}})$ 이 $-m{\boldsymbol {\omega }}\times ({\boldsymbol {\omega }}\times {\boldsymbol {r}})$ ^[19]다른 두 개의 가공력과 달리 원심력은 항상 회전프레임의 회전축에서 반경방향으로 바깥쪽으로 $mµr$ 를² 가리키며, 특히 코리올리력과 달리 회전프레임 내 입자의 움직임과는 무관하다.예상대로, 비점성 $({\boldsymbol {\omega }}=0)$ 관성 기준 프레임( $({\boldsymbol {\omega }}=0)$ $=$ )의 경우 $({\boldsymbol$ {{\boldsymbol {{ $mega$ }}}= $0$ 원심력 및 기타 모든 가공 힘이 ^[20]사라집니다.마찬가지로 원심력은 물체에서 프레임의 회전축까지의 거리에 비례하므로 축에 놓여 있는 물체에 대해서는 원심력이 사라진다.

절대 회전

수직 축을 중심으로 회전하는 두 불용성 액체의 계면은 위로 열린 원형 포물면이다.

행성의 회전 기준 프레임에서 분석했을 때, 원심력에 의해 회전하는 행성은 타원형 구형처럼 보입니다.

뉴턴은 국부 프레임의 절대 회전이 감지될 수 있는지에 대한 질문에 답하기 위해 세 가지 시나리오를 제안했습니다. 즉, 관측된 물체가 회전하고 있는지 또는 관측자가 ^[21]^[22]회전하고 있는지 여부를 결정할 수 있는지 여부입니다.

양동이 안에서 회전하는 물의 표면 모양.원심력과 액체에 가해지는 다른 힘의 균형을 맞추기 위해 표면의 모양이 오목해집니다.
질량의 중심을 중심으로 회전하는 두 구를 연결하는 끈의 장력.끈의 장력은 각 구가 공통 질량 중심을 중심으로 회전할 때 각 구에 작용하는 원심력에 비례합니다.

이러한 시나리오에서 원심력에 기인하는 효과는 물체가 관성 프레임에 대해 절대 회전을 겪고 있는 경우에만 국소 프레임(물체가 정지해 있는 프레임)에서 관찰된다.이와는 대조적으로 관성 프레임에서는 원심력을 도입할 필요 없이 관성 및 알려진 힘의 결과로 관측된 효과가 발생한다.이 논거에 근거해, 물리 법칙이 가장 단순한 형태를 취하는 특권 프레임은, 가공의 힘을 호출할 필요가 없는 정지 프레임이다.

이 물리학의 관점에서는, 보통 원심력에 기인하는 다른 현상들은 절대 회전을 식별하는데 사용될 수 있다.예를 들어 자유롭게 흐르는 물질의 구체의 편평성은 종종 원심력으로 설명된다.타원형 구형 모양은 Clairaut의 정리에 따라 중력에 의한 격납과 원심력에 의한 분산 사이의 균형을 반영한다.지구 자체가 타원형 구면체이며 반지름 거리나 원심력이 더 큰 적도에서 튀어나온다는 것은 지구 자체의 절대 ^[23]자전에 대한 증거 중 하나로 받아들여진다.

적용들

수많은 일반적인 회전 기계 시스템의 작동은 원심력 측면에서 가장 쉽게 개념화됩니다.예를 들어 다음과 같습니다.

원심 거버너는 엔진의 속도가 변화함에 따라 방사상으로 움직이는 회전 매스를 사용하여 엔진의 속도를 조절합니다.회전질량의 기준범위에서는 원심력에 의해 반경운동이 일어난다.
원심 클러치는 체인톱, 고카트, 모형헬기 등 소형 엔진 구동 장치에 사용된다.장치를 구동하지 않고도 엔진 시동을 걸고 공회전할 수 있지만 엔진 속도가 올라가면 자동으로 부드럽게 구동됩니다.암벽등반에 사용되는 관성 드럼 브레이크 어센더와 많은 자동차 안전벨트에 사용되는 관성 릴은 동일한 원리로 작동합니다.
원심력은 회전하는 우주정거장 설계에서와 같이 인공 중력을 발생시키는 데 사용될 수 있다.화성 중력 생물 위성은 이런 식으로 중력을 시뮬레이션한 쥐에게 화성 수준의 중력이 미치는 영향을 연구했을 것이다.
스핀 주물 및 원심 주물은 원심력을 사용하여 액체 금속 또는 플라스틱을 금형의 네거티브 공간 전체에 분산시키는 제조 방법입니다.
원심분리기는 과학과 산업에서 물질을 분리하는 데 사용된다.원심분리기로 회전하는 기준프레임에서 원심력은 회전축에 수직인 유체충전관에 정수압 구배를 유도하여 저밀도 입자를 안쪽으로 밀어내는 큰 부력을 발생시킨다.유체보다 밀도가 높은 요소나 입자는 원심력의 영향을 받아 바깥쪽으로 이동합니다.이것은 중력에 의해 생성되는 것이 아니라 원심력에 의해 생성되는 아르키메데스의 원리다.
어떤 놀이 기구들은 원심력을 이용한다.예를 들어, 그라비트론의 회전은 탑승자들을 벽에 밀어붙이고 탑승자들이 지구의 ^[24]중력에 맞서 기계의 바닥 위로 올라갈 수 있게 해준다.

그럼에도 불구하고, 이러한 모든 시스템은 시스템 내의 힘과 움직임을 고려할 때 다소 더 주의를 기울이는 대신 정지 프레임에서의 움직임과 힘의 측면에서 원심력의 개념을 필요로 하지 않고도 설명할 수 있다.

원심력과 구심력의 개념 이력

원심력에 대한 개념은 초기 개념을 표현했던 호이겐스, 뉴턴, 라이프니츠, 후크 시대부터 진화해 왔다.회전하는 기준 프레임에서 발생하는 가공의 힘으로서의 현대적 개념은 18세기와 ^{[citation needed]}19세기에 발전했다.

원심력은 절대운동의 검출에 관한 고전역학의 논쟁에서도 중요한 역할을 했다.뉴턴은 절대 회전이 감지될 수 있는지에 대한 질문에 답하기 위해 회전 버킷 인수와 회전 구체 ^[25]인수 두 가지를 제안했다.뉴턴에 따르면, 각 시나리오에서 원심력은 프레임이 절대 공간에 대해 회전하는 경우에만 물체의 국소 프레임(물체가 정지해 있는 프레임)에서 관찰된다.거의 2세기 후, 마하의 원리는 절대 회전 대신, 국부 관성 프레임에 대한 먼 별들의 운동이 원심력과 다른 관성 효과에 대한 어떤 (가상의) 물리 법칙을 통해 발생한다는 것을 제안했습니다.오늘날의 관점은 관성 기준 프레임의 아이디어에 기초하고 있습니다.관성 기준 프레임은 물리학 법칙이 가장 단순한 형태, 특히 움직임을 정확하게 묘사하기 위해 운동 방정식에서 원심력을 사용하지 않는 프레임에 특권을 부여합니다.

원심력과 중력 사이의 유사성은 일반 상대성 ^[26]^[27]이론의 등가 원리로 이어졌다.

이 용어의 다른 사용

대부분의 과학 문헌은 회전하는 프레임에서 발생하는 특정 가공의 힘을 나타내기 위해 원심력이라는 용어를 사용하지만, 다른 뚜렷한 물리적 개념에 적용되는 용어의 문헌에는 몇 가지 제한된 예가 있다.이들 중 하나는 라그랑주 역학에서 발생한다.라그랑지안 역학은 일반화된 좌표 {q_k}의 관점에서 역학을 공식화하며, 이는 일반적인 극좌표 $(r,\ \theta )$ $(r,\ \theta )$ ) $(r,\ \theta )$ { $displaystyle (r ,$ $\theta$ )} 또는 훨씬 $(r,\ \theta )$ 더 광범위한 ^[28]^[29]변수 목록처럼 단순할 수 있습니다.이 공식에서 운동은 뉴턴의 법칙 대신 오일러-라그랑주 방정식을 사용하여 일반화 힘의 관점에서 설명됩니다.일반화력 중 시간 도함수 {(dq_k d dt)}²의 제곱을 포함하는 것을 ^[30]^[31]^[32]^[33]원심력이라고 부르기도 한다.중심전위에서의 움직임의 경우, 라그랑지안 원심력은 공회전 ^[34]프레임에서 도출되는 가공 원심력과 동일한 형태를 가진다.하지만, 라그랑지안이 다른 일반적인 경우에 "중심력"을 사용하는 것은 뉴턴의 정의와 제한된 연관성을 가지고 있을 뿐이다.

다른 예에서 이 용어는 구심력에 대한 반력, 즉 반동 원심력을 가리킨다.원형 운동과 같은 곡선 운동을 하는 물체는 어느 특정 시점에서 중심을 향해 가속합니다.이 구심 가속도는 구심력에 의해 제공되며, 구심력은 다른 물체에 의해 곡선 운동으로 신체에 가해진다.뉴턴의 운동 제3법칙에 따르면, 곡선의 운동에서 물체는 다른 물체에 동등하고 반대되는 힘을 가한다.이 반작용력은 구심력을 제공하는 다른 물체에 굴곡운동으로 신체에 의해 작용되며 그 방향은 다른 물체에서 굴곡운동으로 ^[35]^[36]신체로 향한다.^[37]^[38]

이 반력은 때때로 원심 관성 반응,^[39]^[40] 즉 원심 방향의 힘으로 설명되기도 합니다. 즉, 반력은 질량의 경로를 구부리는 구심력과 동일하고 반대입니다.

반작용 원심력의 개념은 때때로 기계학과 공학에서 사용됩니다.이것은 때때로 반작용 원심력이라기^[41]^[42] 보다는 단순한 원심력이라 불리기도 하지만, 기초 ^[43]역학에서는 이 사용이 권장되지 않습니다.

「」를 참조해 주세요.

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외부 링크

Wikimedia Commons의 원심력

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