Introduction

在物理学中，中心力是指作用在系统中每个粒子上的力，其大小和方向相同。在物理学中经常会遇到中心力，特别是在研究天体力学和电磁学时，它们分别表现为引力定律和库仑定律。

在本教程中，我们将讨论什么是中心力以及它是如何工作的。

What is Central Force?

中心力是一种从单一来源发出并作用于系统中所有粒子的力。这种力在附近的其他物体上起到吸引器的作用，比如引力和电磁力。“中心”一词指的是这些力可以起源于物体的中心，而不是物体的边缘或表面，就像“中心”这个词指的就是物体的中心一样。

Example

中心力最著名的例子之一来自艾萨克·牛顿的万有引力定律，该定律认为宇宙中所有有质量的物体都会对彼此施加引力，该引力与其质量成正比，与距离的平方成反比；这些特性对于任何中心力都是共同的。

1788年，法国数学家约瑟夫·路易斯·拉格朗日提出了中心力的概念，作为牛顿运动定律的延伸。在拉格朗日公式中，力并不取决于物体在系统中的位置；它们只取决于它的质量和相对于该系统内其他物体的位置。

Equation of Central Force

中心力的数学方程如下：

F = F(r) r^

其中

F=保守的中央力量

r=矢量幅值|r|是到力中心的距离。

r^ = r/r

在这里

r^=r/r是r方向上的单位向量。

中心力是一种保守力，表示如下：

$mathrm{F(r):=:dU / dr}$

在这里

F（r）是中心力的大小。

U（r）是与时间无关的势能。

为了使粒子的运动在中心力的作用下均匀地呈圆形，向心力应如下所示：

$mathrm{mv^2r:=:F(r)}$

其中：

m=身体质量

v=向心力方程成立的速度

r=原始半径

Types of Motions in Central Force

中心力由两种不同类型的运动组成：

Bounded motion

Unbounded motion.

让我们看看。

Bounded Motion

有界运动是中心力的一种特殊性质。这意味着受其影响的物体只能沿着圆锥截面行进。圆锥截面是由一个平面穿过一个圆锥所画出的任何曲线。中心力的标准轨道是椭圆、抛物线和双曲线。这三条曲线都是圆锥曲线的例子。

Example

一个例子是行星围绕太阳的运动。所有这些物体都遵循椭圆轨道，因为它们受到中心力（重力）的影响。事实上，太阳系中的每一颗行星都遵循着围绕恒星的椭圆轨道。

Unbounded Motion

在这个运动的初始和最终阶段，两个物体或物体之间的距离是无限的。使它们保持在一起的吸引力并不是恒定的；它随时间变化。艾萨克·牛顿爵士和他同时代的戈特弗里德·莱布尼茨对这种运动进行了研究。

FAQs

Q1.中心力取决于哪些因素

答：中心力只取决于两个物体之间的距离，而不取决于它们的内在特性。它也被称为吸引力或排斥力，这取决于它是吸引还是排斥彼此靠近或远离的物体。

Q2.什么是中央力量？所有保守党的力量都是核心吗

答：在物理学中，中心力是指由于物体在一个物体系统中相对于其他物体的位置而作用在物体上的力。当在没有限定的情况下使用时，它通常意味着中心重力。然而，当定义更广泛时，它也可以指由于物体的相对位置而作用在物体上的其他力。

根据经典力学，我们认为物体要么是中心力，要么是保守力。所有的力都可以被描述为中心力或保守力。但并不是所有的中央力量都是保守的，也不是所有的保守力量都是中央力量。

Q3.不具有恒定角动量的绕太阳椭圆轨道的目的是什么

答：椭圆轨道是由物体凌日经过的两个极值点定义的。中心力是指将一个天体吸引或排斥到另一个天体的任何现象。太阳对所有围绕它运行的行星和其他物体施加中心力，形成椭圆轨道。

这可以从牛顿万有引力定律中看出。它指出，每个粒子吸引其他粒子的力与它们的质量成正比，与它们彼此距离的平方成反比。这导致了所有物体绕太阳的椭圆轨道，因为它们不是无限大的质量（圆形运动所需的质量），而是受到来自轨道两端的引力的影响。

Q4.中心力的一些例子是什么

答：以下是一些中心力的例子：

投射运动：投射运动是中心运动的最佳示例。这种运动是物体的任何运动，其中重力是一种重要的力。在日常生活中，抛射物是向某个目标投掷或射击的物体（如在体育运动或游戏中）。

简谐运动：这是中心运动的一个例子。点质量（粒子）围绕一个固定点在一个圆中移动。使其在圆中移动的力来自一个单一的源（中心）。换句话说，只有一个力作用在它上面。这种运动也被称为均匀圆周运动或简谐运动。

引力：两个物体之间的引力与其质量成正比，与分离的平方成反比。它也沿着一条穿过两个物体并被它们的质心平分的线定向。