向心力
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向心力（こうしんりょく、Centripetal force）または求心力（きゅうしんりょく）は物体を曲線軌道で動かす力のこと。その方向は常に物体の速度とは垂直方向（経路の瞬間的な接触円の中心）を向いている[1][2]。
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公式 [編集]
質量
、速度
で曲率半径
の経路に沿って運動する物体の向心力の大きさは[3]
である。
力の方向は、円運動の場合には物体が運動している円の中心を向いている。運動経路が円ではない場合には、部分的な経路に最も一致する接触円の中心を向いている[4]。
この力は円の中心についての物体の角速度
を用いた項で書き直すことができる。
向心力の源 [編集]
惑星のまわりの軌道にある衛星では、向心力は衛星と惑星間の重力によって与えられる。重力は双方の物体にそれぞれ働き、その向きは二つの物体の重心を向いている。円軌道の運動では、この重力の中心は円軌道の中心である。円軌道でない場合や弧の場合には、経路に対して垂直な重力成分のみが向心力となる。残りの重力成分は衛星の速度を加速または減速させる働きを担う[5]。
一方、アイザック・ニュートンの著書を含む一部の文献では、重力の全てが向心力であると説明されている。これは軌道が円ではない場合には厳密には正しくない[6]。前述の公式はこのような場合には適用することができない。
ロープの先端につけて鉛直な軸に沿って回転させた物体では、ロープの張力の水平成分が向心力となり、回転軸に向けて働く。自転する物体では、内部の引張応力が向心力となり、物体の全部分が一緒に円運動している。
関連項目 [編集]
参考文献 [編集]
- ^ Russelkl C Hibbeler (2009). “Equations of Motion: Normal and tangential coordinates”. Engineering Mechanics: Dynamics (12 ed.). Prentice Hall. p. 131. ISBN 0136077919.
- ^ Paul Allen Tipler, Gene Mosca (2003). Physics for scientists and engineers (5th ed.). Macmillan. p. 129. ISBN 0716783398.
- ^ Chris Carter (2001). Facts and Practice for A-Level: Physics. S.l.: Oxford Univ Press. p. 30. ISBN 9780199147687.
- ^ Eugene Lommel and George William Myers (1900). Experimental physics. K. Paul, Trench, Trübner & Co. p. 63.
- ^ Johnnie T. Dennis (2003). The Complete Idiot's Guide to Physics. Alpha Books. p. 91. ISBN 9781592570812.
- ^ George Bernard Benedek and Felix Villars (2000). Physics, with Illustrative Examples from Medicine and Biology: Mechanics. Springer. p. 52. ISBN 9780387987699.
