我們時常看到一些物體在做圓周運動。鍾表上的指針運動,電風扇扇葉的轉動,機器齒輪的轉動……

現在,讓我們做一個小實驗,看看在什麼情況下物體才能做圓周運動。

用線繩拴上一個紐扣或者小螺母,用手捏住繩頭讓紐扣在空中做圓周運動,你會發現,紐扣能做圓周運動的原因之一,是因為有繩拉著它。如果你一撒手,紐扣受不到拉力它就會飛走。很明顯,沒有作用在紐扣上的指向圓心的拉力,紐扣就不能做圓周運動。

我們把做圓周運動的物體受到的這個指向圓心的力叫做向心力。

做圓周運動的物體如果突然失去了向心力的作用,會怎樣運動呢?我們再來做一個實驗。

在桌子的中心放一個小鋼球或玻璃球。用一個透明玻璃杯罩在小球上,晃動杯子,使小球在杯子裏麵沿著杯口做圓周運動。當小球已經轉起來的時候,很快地把玻璃杯豎直向上提起,你將會看到小球沿著杯口的切線方向跑出去了。

為了更加明顯地看到小球的運動方向,你可以在桌麵上鋪上一張白紙,用鉛筆把玻璃杯u的圓描下來,然後讓小球在杯口運動,在嘩嘩的響聲中突然提起杯子,小球跑出去的方向必定是這個圓的切線方向。

杯子的側壁迫使小球做圓周運動,當你把杯子提起來以後,小球不再受到向心力,它便靠慣性沿直線運動,所以沿著圓周的切線跑出去了。

任何做圓周運動的物體都是這樣。下雨天,當你把雨傘轉動得越來越快的時候,附著在雨傘上的水會被甩出去,甩出去的雨點一定是沿切線方向運動。工人用砂輪磨車刀的時候,火花也是沿著切線方向飛濺的。這樣的例子你一定還見過許多。

找一段毛筆杆或竹毛筆帽,從中穿過一條尼龍線,尼龍線的一端拴一個軟木塞,另一端拴上一把小鐵鎖。握住筆杆掄動軟木塞,使它做圓周運動。尼龍繩會被拉直。不斷地加大轉速,當轉速大到一定程度的時候,小鐵鎖被拉上來了。如果加大軟木塞的旋轉半徑,小鐵鎖就更容易被拉上來了。

轉動的軟木塞需要向心力,鐵鎖對繩子的拉力提供了向心力,軟木塞轉得越快,旋轉的半徑越大,能拉起的重量就越大。這說明,做圓周運動的物體,轉得越快,轉動半徑越大,所需要的向心力越大。

下雨的時候,如果慢慢旋轉雨傘,水滴會隨著雨傘做圓周運動,不會甩出來,如果加快旋轉,快到一定程度,水滴就會被甩出來,沿著傘周切線方向飛走了。這也說明了物體轉得越快,需要的向心力越大。

水滴和雨傘之間有一種附著力。當雨傘轉動得比較慢的時候,雨傘作用到水滴上的附著力就成了水滴做圓周運動所需要的向心力,這時候水滴便隨著雨傘轉動,不會飛出去。當轉速達到一定程度的時候,水滴和雨傘之間的最大附著力也滿足不了水滴做圓周運動所需要的向心力,這時候,水滴就會靠慣性作用甩出去了。這種運動就叫離心運動。