漫談“離心力”

王洪鵬

生活中我們都有這樣的經(jīng)歷：下雨的時候，在雨水落到傘面上時快速轉(zhuǎn)動傘把，雨水就會沿著傘的邊緣甩出去；開車遇到道路的拐彎處，需要降低車速通行。然而，這里邊蘊(yùn)含著怎樣的科學(xué)道理呢？

中國流動科技館是流動的展覽，是“科普輕騎兵”，可以讓更多的觀眾感受科學(xué)的神奇。中國流動科技館以及很多科普場館中的經(jīng)典展品——離心力演示器，演示的正是有趣的離心現(xiàn)象，揭示了離心效果與物體旋轉(zhuǎn)半徑、質(zhì)量、轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。

離心力演示器主要由兩個對稱、呈倒“八”字形、可繞豎直軸轉(zhuǎn)動的玻璃圓桶組成。兩個玻璃圓桶里裝入適量的清水，其中一個玻璃圓桶內(nèi)放置一個木球，另一個玻璃圓桶內(nèi)放置一個實(shí)心鋼球。靜止時鋼球沉在水底，木球浮在水面。但是，當(dāng)有人用手驅(qū)動轉(zhuǎn)盤的時候，一個有趣的現(xiàn)象出現(xiàn)了——原來沉底的實(shí)心鋼球居然浮了起來，而原來浮在水面的木球卻沉了下去。為什么會出現(xiàn)這種不可思議的現(xiàn)象呢？其實(shí)，這就是離心現(xiàn)象。

我們知道，物體做圓周運(yùn)動的時候，需要有某個力充當(dāng)向心力，但是如果提供的力不夠充當(dāng)向心力的時候，就會出現(xiàn)離心現(xiàn)象。從效果上看，物體就像受到了一個相反的力，我們往往把這個從效果上看起來好像存在，但實(shí)際上并不存在的力叫做“離心力”。

如果用一個成語描述離心現(xiàn)象，“背道而馳”就很貼切。中國古代風(fēng)扇車一般由車架、外殼、風(fēng)扇、曲柄搖手、喂料斗及調(diào)節(jié)門等構(gòu)成，其實(shí)質(zhì)就是一架手動鼓風(fēng)機(jī)。通過綜合利用流體知識、慣性、杠桿等原理，人為使空氣流動。風(fēng)扇車采用軸向進(jìn)風(fēng)，在離心力的作用下，主要沿徑向流動。從一定意義上說，中國的風(fēng)扇車是所有離心式壓縮機(jī)的祖先，對西方近現(xiàn)代鼓風(fēng)機(jī)械的發(fā)明產(chǎn)生了一定的影響。日常生活中，洗衣機(jī)對衣物進(jìn)行脫水、田徑比賽中的鏈球運(yùn)動等，都可以幫助人們理解離心現(xiàn)象。

“彎道超車”本是賽車運(yùn)動中的一個常見術(shù)語，一般只在競技超車中出現(xiàn)，指賽車手在拐彎處比在直線跑道上更易超越對手——為了保障安全，在拐彎處本應(yīng)降速通過，但誰對車的掌控度更高，誰彎道超車的成功率就更大。

當(dāng)你充分了解了離心力演示器的原理后也會明白，日常生活中為何要避免彎道超車——車輛轉(zhuǎn)彎時的行駛速度越快，彎道半徑越小，所需要的向心力越大，它與實(shí)際能夠提供的向心力的差距就越大，也就是等效的離心力越大。車輛轉(zhuǎn)彎時，在等效離心力的作用下會向彎道外側(cè)偏斜，有發(fā)生傾翻和側(cè)滑事故的可能。

趣味實(shí)踐

自制離心玩具

首先，準(zhǔn)備一根兩端封閉且中間有一個小孔的玻璃管，再往里面裝入兩顆同樣大小的玻璃球。將一根筷子伸進(jìn)小孔將玻璃球分開，使玻璃管繞筷子快速旋轉(zhuǎn)，這樣兩顆玻璃球很快就會分別移動到玻璃管的兩端。

科學(xué)競答

在以下常見的科學(xué)表演中，你知道哪一種是對離心現(xiàn)象的應(yīng)用展示嗎？

（本文作者系中國科技館副研究員）

（欄目編輯? 方郁芝）