第五章 C 离心现象

离心现象非常普遍，在生活与生产中经常会遇到，有时离心现象给我们带来害处，有时又被人们利用。2002年5月的一个下午，一辆从武昌开往汉口的红岩牌载重卡车，装载两卷轧钢板，在长江二桥立交桥北段转弯时，因车速过快，两卷25t轧钢板滑落，砸在桥的边沿，其中一卷垂直砸在桥面上，将桥面砸出一个大洞，被砸坏的桥面长度为7m，宽度为2m，初步估计损失达十多万元。据分析，事故原因有三：一是桥面上允许通过的车辆载重量应在20t以内，但该车的货物有50t，严重超载；二是货物固定不牢；三是该车在转弯时速度过快，发生了离心现象，图5-21即为事故现场的照片，这是离心现象带来事故的例子。

很多人小时候都喜欢吃棉花糖，而且当时一定非常奇怪，为什么一颗一颗的白砂糖，经过机器一转，就变成又松又软的“棉花”不断向外“飞出”。图5-22描绘了做棉花糖的情景，这是利用离心现象的例子，下面我们就开始深入地研究离心现象。

一、离心现象

首先要知道什么是离心现象？在什么条件下会发生离心现象？我们已经明白，物体做圆周运动时它的速度方向不断变化，如果不是匀速圆周运动，速度大小也可能变化。因此，做圆周运动的物体具有加速度，它必须受到外力作用。如果外力仅使它的速度方向不断变化，外力的方向指向圆心，这样的外力就是前面学过的向心力。一个在做圆周运动的物体，如果外力突然消失，或者突然减小，以至于不足以维持圆周运动需要的条件，物体就逐渐远离圆心，这种现象叫做离心现象。图5-23表示当外力取不同值时，可能产生的几种情况。外力等于零，物体将做匀速直线运动，沿切线方向飞出；外力仍等于维持圆周运动所需值mω²r时，物体继续做圆周运动；外力介于0和mω²r之间时，物体沿圆周和切线之间的某曲线运动。在第一种情况和第三种情况中，外力小于维持圆周运动所需向心力，都表现为离心现象。

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你还能举出哪些与离心现象有关的例子？

二、离心现象的应用及防范

1．离心干燥器

图5-24是离心干燥器的容器，用金属丝编制成网笼状，把富含水分的织物放入网笼中，再用动力机械带动网笼高速旋转，当织物对水滴的吸附力小于水滴做圆周运动所需的向心力时，就发生离心现象，水滴脱离圆周轨道被甩出，使笼内织物干燥。

图5-25是一台能使湿衣服脱水的家用脱水机，它的主要结构是带有出水口的圆筒A，里面套着一个有网孔的转筒B，如图5-26所示，在工作时转筒B高速转动，要脱水的衣物就放在转筒中。

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请你通过自己设计、演示的小实验，分析说明发生离心现象的条件。

拓展联想

在日常生活中，有不少人，用“离心力”来解释离心现象。其实，“离心力”这个概念不够严密，物体发生离心现象并不是因为有什么“离心力”作用在物体上，而是因为向心力减小或消失。向心力本身也是一个以效果来命名的力，它可以是一个物体的作用力，也可以是几个物体作用的合力，也可以是几个物体的合力在半径方向的分力。事实上找不到“离心力”的施力物，不能认为向心力和离心力是一对作用力和反作用力。

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请讲述图5-25中家用脱水机的工作原理。

2．医用离心机

在医院里大量使用体温计，体温计水银泡的上方，有一处玻璃管的内径特别细，防止测完体温读数时水银柱自动缩回。但这样一来每次使用前都需要把水银柱甩回玻璃泡，为了提高效率，人们使用医用离心机。图5-27（a），（b）表示医用离心机不用时和使用时的状态。它的工作原理也是利用离心现象，图（b）中当玻璃管内径特细处的阻力不足以提供水银的向心力时，水银将远离转轴被甩回玻璃泡。此外，分离血球、寻找寄生虫卵都要用到医用离心机。

自主活动

观察自行车、汽车等车辆的挡泥板，有什么与本节学习内容有关的发现？如何解释？

3．离心节速器

离心节速器的主要构件是离心式飞锤，图5-28是离心式飞锤的结构示意图。在转轴上端通过上拉杆装有两个重锤——飞锤，上拉杆可在竖直面内绕水平轴上下摆动。在转轴高速旋转时，发生离心现象，上拉杆张开一定角度，并通过下拉杆使套在竖直转轴上的活动套筒向上移动一段距离。转轴转得越快，上拉杆张角越大，套筒向上移动距离越大，即套筒向上移动距离的大小与转轴的旋转快慢有着对应的关系。因此离心式飞锤具有测速、调速和限速等多方面的用途。

又如在热电站里，要求汽轮机的转速能自动调节，保证在用电量变化的情况下发电机转速仍能保持稳定。采用离心式飞锤就可以随机轴转速的增减自动调节进入汽轮机的蒸汽流量，保证转速不变，在图5-29中当机轴因负载减小而转速增大时，飞锤转动加快，套筒上拉，通过杠杆将蒸汽阀门向下关小，使进入汽轮机的蒸汽流量减小，机轴的转速下降到额定的数值，达到稳定转速的效果。

4．离心现象的防范

离心现象有时会造成危害，特别当物体质量较大、转速较高时，更需注意防范。例如本节开始已经介绍，车辆在转弯时若速度超过允许范围，就会因离心现象而造成严重交通事故，在高速转动的砂轮中，如果砂粒间的作用力不足以提供其所需的向心力，某些组成部分就会发生离心现象，而造成砂轮破裂飞出伤人事故。操作车床的工人要带好防护眼镜，防止从高速转动的工件上车削下来的金属屑飞出伤人。由此可见，我们懂得了有关的物理学知识，就可以有效地预防危害，保护生命。

大家谈

根据车辆在水平路面转弯时的离心现象，先从理论上分析车辆打滑与哪些因素有关，再提出一些防止车辆打滑的建议。

发布时间：2015/11/26 下午2:09:36  阅读次数：2590