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數學公式

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結果

離心力
33.33
牛頓(N)
Angular velocity (ω) 3.3333 rad/s
向心加速度 16.6667 m/s²

什麼是離心力?

離心力是物體沿圓形路徑運動時,所感受到的一股「向外」的視在作用力。在旋轉參考系中,一個質量為 \(m\)、以切線速度 \(v\) 繞半徑 \(r\) 圓周運動的物體,看起來像是被推離圓心。它的大小與維持物體做圓周運動的向心力相等,但方向相反、指向外側。本計算機採用一致的 SI 單位制(公斤、公尺、秒),適用於各類物理與工程問題。

做圓周運動的物體,顯示向內的向心力和向外的離心力
在旋轉參考系中,向外的離心力與作用在繞軌道運動質量上的向內向心力相平衡。

如何使用本計算機

請輸入物體的質量(單位:公斤)、切線速度(單位:公尺/秒),以及圓形路徑的半徑(單位:公尺)。本工具會算出以牛頓為單位的離心力,並一併提供角速度(\(\omega = v/r\))與向心加速度(\(a = v^{2}/r\)),方便您參考。

公式解析

核心公式為 $$F = \frac{\text{Mass (kg)} \cdot \text{Velocity (m/s)}^{2}}{\text{Radius (m)}}$$ 作用力與質量成正比、與速度的平方成正比(速度加倍,作用力會變成四倍),並隨半徑增大而減小。若以角速度 \(\omega = v/r\) 表示,同一個力也可寫成 $$F = m \cdot \omega^{2} \cdot r$$ 對應的向心加速度則為 \(a = v^{2}/r = \omega^{2} \cdot r\)。

離心力公式變數示意圖:質量、速度、半徑
力隨質量和速度的平方增大,隨半徑增大而減小。

實例演算

假設一個 2 kg 的物體,在半徑 1.5 m 的圓周上以 5 m/s 運動。則 $$F = \frac{2 \times 5^{2}}{1.5} = \frac{2 \times 25}{1.5} = \frac{50}{1.5} \approx 33.33 \text{ N}$$ 其角速度為 \(\omega = 5 / 1.5 \approx 3.33 \text{ rad/s}\),向心加速度為 \(a = 25 / 1.5 \approx 16.67 \text{ m/s}^{2}\)。

常見問題

離心力是「真實」的力嗎?它是一種虛擬力(慣性力),只會在旋轉參考系中出現。若從慣性參考系來看,真正存在的是指向圓心的向心力。

該使用什麼單位?請使用 SI 單位:公斤、公尺與公尺/秒,這樣算出的作用力才會是牛頓。

增加半徑會發生什麼事?在速度固定的情況下,半徑越大,作用力越小,因為路徑的彎曲程度變得較為平緩。

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