離心力

用一小球掛著一重量大他十多倍的鋼球，以圓周運動的方式將小球旋轉，足以可將如此重的鋼球抬起

實驗裝置

繩子、兩顆重量不等的鋼球

實驗目的

利用離心力拉起相差10倍的重量，體會離心力的大小。

實驗演示

用一繩子一端掛很重的剛球另一端掛一小球，在繩子的中間用一管子套住。手握管子讓小球繞圓週運動，當甩動小球至某個速度之後，便能將大球拉起，使大球不往下掉落，利用此方法，可以舉起相差好幾背質量的大球。也可以試著加大出力，觀察鋼球的運動。

示範實驗

原理說明

當一物體以繩子綁著，將其繞中心軸做圓周運動時，由於物理有慣性定律的影響，會往原本物體運動的狀態運動，也就是往切線的方向射出，就會有一個力想離開中心軸。

1.圓周運動

當一個物體的軌跡為圓形，我們可以說他正在進行圓周運動，而這個物體的速度會永遠沿著切線方向。圓周運動可以分成等速率與變速率圓周運動，而我們可以用角速度ω來表示行圓周運動的物體的速率。
我們定義ω為單位時間該物體轉過的角度，亦即：

對一個等速率圓周運動的物理來說，他的速度

2.向心力

當物體正在行圓周運動時，需要一個力來改變他的運動狀態。對於一個等速率圓周運動的物體來說，因為速率固定，所以在沿著他的運動方向並沒有加速度，亦即再切線方向並不受力，所以此物體受力永遠垂直他的運動方向，亦即指向圓心。我們稱這個力為向心力。考慮一個質量恆為m，正在做圓周運動的小球，其所受的力根據牛頓第二運動定律可以寫下這個式子：

根據原理1.中的 ，上式可改寫成

或

如果可以測得物體得角速度或速率以及半徑，就可以求得物體的向心力。反之，也可以藉由測量物體的受力和半徑來得知物體的角速度或速率。

思考問題

如果今天提供拉力的不是一段繩子而是一段彈簧係數為k，長度為L的彈簧，那麼他的角速度和彈簧長度之間的關係為何？以這個彈簧下去做實驗，物體的角速度是否有最大或最小值的限制？若有，這個極值的大小是多少？

生活中的應用

參考資料

Fundamentals of Physics, Halliday

工作人員

鍾旻峰、鄭兆文、陳柏中、魏銘良

林育惠、蔡文元、周貞佑

指導老師

傅昭銘教授