離心現象的應用與防止

王大春

■ 一、 離心現象及成因

做圓周運動的物體，由于本身的慣性，總有沿著圓周切線方向飛出去的傾向，它之所以沒有飛出去是因為向心力持續地把物體拉到圓周上來，使物體同圓心的距離保持不變. 做勻速圓周運動的物體，在所受合力突然消失，或者不足以提供圓周運動所需的向心力的情況下，就做逐漸遠離圓心的運動. 這種運動叫做離心運動.

進一步分析：

當F=mω2r時，物體做勻速圓周運動；

當F=0時，物體沿切線方向飛出；

當F＜mω2r時，物體逐漸遠離圓心；

當F＞mω2r時，物體逐漸靠近圓心.

■ 二、 離心現象的應用

■ 1. 離心干燥器

當網籠轉得比較慢時，水滴跟物體的附著力F足以提供所需的向心力使水滴做圓周運動. 當網籠轉得比較快時，附著力F不足以提供所需的向心力，于是水滴做離心運動，穿過網孔，飛到網籠外面. 所以該裝置是利用離心運動把附著在物體上的水分甩掉以達到干燥的目的的.

洗衣機的脫水筒原理與之類似.

■ 2. 用離心機把體溫計的水銀柱甩回玻璃泡內

當離心機轉得比較慢時，縮口的阻力F足以提供所需的向心力，縮口上方的水銀柱做圓周運動. 當離心機轉得相當快時，阻力F不足以提供所需的向心力，水銀柱做離心運動而進入玻璃泡內.

■ 3. “棉花糖”的產生

內筒與洗衣機的脫水筒相似，里面加入白砂糖，加熱使糖熔化成糖汁. 內筒高速旋轉，黏稠的糖汁就做離心運動，從內筒壁的小孔飛散出去，成為絲狀到達溫度較低的外筒，并迅速冷卻凝固，變得纖細雪白，像一團團棉花.

■ 4. 離心泵

離心其實是物體慣性的表現. 水泵在工作前，泵體和進水管必須灌滿水形成真空狀態，當葉輪快速轉動時，葉片促使水很快旋轉，旋轉著的水在慣性的作用下從葉輪中飛去，泵內的水被拋出后，葉輪的中心部分形成真空區域. 水源的水在大氣壓力（或水壓）的作用下通過管網壓到了進水管內. 這樣循環不已，就可以實現連續抽水. 在此值得一提的是：離心泵啟動前一定要向泵殼內充滿水后，方可啟動，否則泵體將不能完成吸液，造成泵體發熱，震動，不出水，產生“空轉”，對水泵造成損壞. 離心泵的種類很多，按葉輪吸入方式可分為：單吸式離心泵、雙吸式離心泵.

■ 三、 離心現象的防止

■ 1. 汽車拐彎時限速

在水平公路上行駛的汽車，轉彎時所需的向心力是由車輪與路面的靜摩擦力提供的. 如果轉彎時速度過大，所需向心力F大于最大靜摩擦力Fmax，汽車將做離心運動而造成交通事故. 因此，在公路彎道處，車輛行駛不允許超過規定的速度.

■ 2. 高速轉動的砂輪和飛輪

高速轉動的砂輪和飛輪，都不得超過允許的最大轉速，如果轉速過高，砂輪和飛輪內部分子間的相互作用力不足以提供所需的向心力時，離心運動會使它們破裂，甚至釀成事故.

當然我們可以從離心運動產生的條件尋找防止離心現象發生的方法：一方面我們可以減小物體運動的速度，使物體做圓周運動時所需的向心力減小，另一方面我們可以增大合外力，使其達到物體做圓周運動時所需的向心力.

在認識了離心運動后同學們必須要明確兩個重要問題：第一、做離心運動的質點是做半徑越來越大的運動或沿切線方向飛出的運動，它不是沿半徑方向飛出去. 第二、做離心運動的質點不存在所謂的“離心力”作用，因為沒有任何物體提供這種力. 離心現象的本質是物體慣性的表現.