转弯的地方要内低外高

2　转弯的地方要内低外高——离心力

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奥运会自行车争先赛中，我们可以看到一个内低外高的圆形场地，开过汽车的人都知道，在离速公路上，汽车要转弯时，这一段弯路也是内低外高，这其中暗藏着什么的奥秘呢？其实它就是离心力的作用。

能够产生强大离心力的离心机

当物体在做非直线运动时，因物体一定有本身的质量存在，质量造成的惯性会强迫物体继续朝着运动轨迹的切线方向也就是原来那一瞬间前进的直线方向前进，而非顺着接下来转弯过去的方向走。有样一个例子：若这个在做非直线运动的物体上有乘客的话，乘客由于同样随着车子做转弯运动，会受到车子向乘客提供的向心力，但是若以乘客为参照系，由于该参照系为非惯性系，他会受到与他相对静止的车子给他的一个指向圆心的向心力作用，但同时他也会给车子一个反向等大、由圆心指向外的力，就好像没有车子他就要被甩出去一样，这个力就是所谓的离心力。

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自行车与奥运会

世界上第一辆自行车于1815年出现在法国，它没有中轴和脚蹬，骑车人和行走一样，借助脚蹬地的反作用力，使车轮向前滚动。法国人玛金于1869年又在前轮上加了脚蹬，到1890年，英国一个医生把实心轮胎改为充气轮胎，减少了与地面的摩擦力，又一次提高了速度。随着科学技术的发展，经过多次重大改革才逐渐演变为现代式样的自行车。

19世纪80年代，自行车又一次取得了重大的革新，出现了链条和档位两个系统，随着自行车其他方面技术的革新比如材料等，自行车运动的速度不断提高。19世纪自行车运动被列为首届奥运会正式比赛项目，首个比赛项目就是自行车公路赛，直到亚特兰大奥运会，才出现了女子自行车公路赛。

1996年亚特兰大奥运会会徽

惯性离心力是非惯性系中的假想力。在生活中通常是以地面做参考系，可设想地面是静止的，地面运动视为匀速直线运动，即惯性参考系，匀速圆周运动的线速度方向时刻变化，说明有向心加速度，而向心加速度方向也时刻变化，这是个典型的非惯性系。如果有个大转盘在作匀速圆周运动，你坐到盘上不要看周围景物，此时就把自己置身于非惯性系了，你肯定会感觉到有某种力量想把自己推下来，而此时又没有任何施力物推你，这种力量就称为惯性离心力。现在很清楚了，所谓“惯性力”只存在于非惯性系，是一种虚拟力，是为了将牛顿定律推广到非惯性系上使用而虚拟的一种力，在加上这样的虚拟力后除了牛顿第三定律外，牛顿力学中的各种定律、定理在非惯性系上都可以得以运用。

离心力其实质是一个根本不存在的力，离心力只是一种惯性的表现。为使物体做圆周运动，物体需要受到一个指向圆心的力，即向心力。若以此物体为原点建立坐标，看起来就好像有一股与向心力大小相同、方向相反的力，使物体向远离圆周运动的圆心方向运动。在地球上，物体在不动的中心边缘做惯性运动，由于物体的结合力束缚物体，使物体做圆周旋转，如果物体的惯性运动力大于物体的结合力，那惯性运动的物体便远离中心而去。也就是说当开汽车时就会出现弯没转过来跑出路面，火车就会脱轨，当在弯道形成内低外高时，就会把重力的一个分力变成向心力，同时可以增大车轮的摩擦力，再次增加向心力的合力，从而与惯性运动对抗，也就能做到更短距离实现转弯。

娱乐场所设备——离心转盘

向心力是从力的作用效果来命名的，因为它产生指向圆心的加速度，所以称它为向心力。它不是具有确定性质的某种类型的力。相反，任何性质的力都可以作为向心力。实际上它可是某种性质的一个力，或某个力的分力，还可以是几个不同性质的力沿着半径指向圆心的合外力。向心力为何不把物体拉向圆心，做圆周运动的物体，速度方向时刻要改变，为了改变物体速度的方向，需要一定大小的力，设想物体没有受力，那么在惯性作用下不是会沿着切线方向飞出去吗？而物体做圆周运动时，向心力的大小恰好就等于所需要的力，因而它没有“余力”把物体拉向圆心。实际上，给予的拉力大于所需的向心力，就确实会把物体拉向圆心，而如果所给予的力小于所需的向心力，就会在水平切线方向有一个分速度，从而令运动的物体做偏离圆周轨道的曲线运动。

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作用力与反作用力

物理学告诉我们，世界上的任何物体都存在两种力来维持平衡，一种是作用力，另一种是反作用力。人站在地球上自然就会有一个重力的产生，同时也会有一个双腿的支撑力来做反作用力，进而使两种力互相作用，维持平衡。向心力和离心力也是同样的道理，只有向心力物体就会被拉到轴心，只有离心力物体就会飞出圆周。所以两种力互相作用，才维持了平衡，使向前的力产生作用。