地球高速旋轉,人站在地球上是否受到離心力?
01-03
為什麼?
受,因為有圓周運動。
我們平時說的重力是引力和慣性離心力的疊加。很高興很多人進行了嚴謹的受力分析。為避免歧義,我在此也分析一下。
地心的靜止參照系可近似為慣性系,此系中地球表面物體受引力,引力部分充當向心力,維持圓周運動,剩下的部分表現為重力。我下面的答案是在物體的靜止參照系中的分析,這是個非慣性系。此系中物體受引力和慣性離心力,後者是慣性力。兩者合力表現為重力。有幾位提到的地轉偏向力,是Coriolis力[1],非慣性系中的一種慣性力,只有在此系中有相對運動的情況下才出現。赤道處圓周運動半徑較大,且地球是個扁球體,所以赤道處受到的慣性離心力更大[2],有效重力加速度更小。同一物體,在兩極比在赤道重0.5%。赤道處重力加速度約9.780,兩極處約9.832。
另外海拔越高慣性離心力越大[3],有效重力加速度越小。珠峰上重力加速度比海平面上小0.28%。[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Coriolis_force[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Gravity_of_Earth#Latitude[3] http://en.wikipedia.org/wiki/Gravity_of_Earth#Altitude離心力與向心力都是以力的作用效果命名的,不是實際的力,嚴格來說就沒有受不受到離心力這麼一說了。你站在地球上,只受到兩個力的作用:1、地面給你的支持力,F1(垂直地面向上);(這個數值就是通常意義上的重力的大小,在赤道最小,兩極最大)2、地球對你的引力,F2(垂直地面向下)。這兩個力不完全相等(引力大那麼一點點),合力指向地心,這個合力就是「離心力」了(F = F2 - F1),這個力使你環繞地球做勻速圓周運動。
如果地球靜止,F1=F2,F=0;如果地球自轉加快,F1減小直至零,F增大至F2,如果繼續加快,就會被「甩」出去了。
F=mv^2/R, R是圓周運動的半徑,等於所處位置與地軸的垂直距離,這個值在赤道最大(就是地球半徑),兩極最小(為零)。我們說的重力G與支持力F1是大小相等,方向相反,F1=F2-F。所以,在赤道重力會變小,兩極會變大(差別很小)。事實上人總體而言只受到了地心引力和支持力(不考慮和地面的摩擦力)。其合力如果從力學上做拆分,
分成兩部分 分別為1、向心力 2、地轉偏向力
1、是因為地球由於在自轉,人跟隨地球自轉需要自身所處緯度的圓周所產生的向心力,方向指向該圓周圓心。2、地心引力減去1中的力後剩餘的力便稱為地轉偏向力,偏向赤道方向。首先,離心力是一種稱呼,人在地面上保持平衡,受到了地心引力和地面的支持力,前者和後者的差值就提供了絕大部分的向心力,一小部分叫做地轉偏向力。
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