1.2 離心力的存在證明

亞里士多德是著名的古希臘哲學家，同時也是著名的科學家。早在兩千多年前亞里士多德就發現了旋轉作用，他通過旋轉作用想到，讓盛水容器旋轉就可使里面盛的水不流出來。圖1-2反映的就是這種情形。之前人們常常認為這是離心力的作用，是一種使物體脫離旋轉中心的力作用的結果。可事實上，這種情形的發生完全是慣性作用的結果。

圖1-2 離心力的存在證明

離心力在力學上被定義為，旋轉的物體對系線的拉力或壓在其曲線軌道的實際存在的力。這種力是物體做直線運動時最主要的阻礙力，因此排除了水桶旋轉時離心力的存在。那么水桶究竟是為什么發生旋轉的呢？在弄清楚這個問題之前，我們還需要明白這樣一種現象：假設我們在水桶壁上鑿開一個洞，那么盛在里面的水將會向什么方向流呢？

圖1-2顯示了在沒有重力的情況下，水流會因慣性沿圓周AB的切線AK涌出，可實際情況是重力必然存在，因此水流將會沿拋物線AP流出。當圓周速度足夠大時，AP將會在AB的外面。由此我們可以知道，除非旋轉方向恰好與水桶開口的方向相反，否則水不會從桶內流出。

那么在旋轉木桶向心加速度大于或等于重力加速度時，也就是使水流出的軌跡在水桶本身運動軌跡之外時，旋轉水桶需要多大的速度才能使水不流出桶外呢。其中計算向心加速度a的公式為：a=v2/R。

公式中的v為圓周速度，R為圓形軌跡的半徑。我們就很容易得出下列不等式

a≥g

假設圓形軌跡的半徑R是70cm，則

2.6m差不多相當于水桶周長的2/3，也就是說只要我們每秒轉水桶2/3圈，水桶里的水就不會流出來。

在生活中有一種離心澆鑄技術就是依據這個原理實現的，即當容器水平旋轉時，里面的液體會施力在容器壁上。而離心澆鑄技術中的液體相對密度不均勻，會呈現出不同的層次，那些相對密度大的就遠離旋轉中心，相對密度小的則靠近旋轉中心，從而分離出其中的氣體，使氣體散落到四周的空白處，以避免形成氣泡。離心澆鑄技術澆鑄的物體既方便耐用，又成本低廉。