遠心力は私たちの日常生活のいたるところにありますが、それは私たちがそう思っていることでしょうか？
車の角を曲がったり、飛行機が曲がったりするときに発生します。洗濯機のスピンサイクルや、子供たちがメリーゴーランドに乗るときに見られます。ある日、それは宇宙船や宇宙ステーションに人工重力を提供するかもしれません。
しかし、遠心力は対応する求心力としばしば混同されます。なぜなら、それらは非常に密接に関連しているためです-本質的に同じコインの両面です。
求心力とは、「オブジェクトをカーブした経路で移動し続けるために必要な、回転の中心に向かって内側に向かわせる力」と定義され、遠心力とは、「移動するオブジェクトが感じる見かけの力」と定義されます。回転の中心から外向きに作用する湾曲した経路で」とMerriam Webster Dictionaryは述べています。
求心力は実際の力ですが、遠心力は見かけの力として定義されています。言い換えると、ひもの上で質量を回転させると、ひもは質量に内向きの求心力を及ぼし、質量はひもの外側に遠心力を及ぼすように見える。
ワシントン大学の研究物理学者であるアンドリューA.ガンセは、次のように述べています。 「セントリペタル力と遠心力は実際にはまったく同じ力ですが、異なる基準系から経験されているため、反対方向です。」
回転システムを外側から観察している場合、回転体を円形の経路に拘束するように作用する内向きの求心力が表示されます。ただし、回転システムの一部である場合、実際に感じているのは文字通り接線から離れないようにする内向求心力であるにもかかわらず、あなたは円の中心から離れるように押し出す明らかな遠心力を経験します。
力はニュートンの運動の法則に従います
この外見上の力は、ニュートンの運動の法則によって説明されます。ニュートンの第一法則は、「静止した体は静止したままであり、動いている体は外力によって作用されない限り動いたままである」と述べています。
巨大なボディが空間を直線的に移動している場合、その慣性により、外部の力によって加速、減速、方向転換が行われない限り、その慣性によって直線が継続されます。速度を変えずに円形の軌跡をたどるには、連続した求心力をその軌跡に対して直角に加える必要があります。この円の半径（r）は、質量（m）に速度（v）の2乗を求心力（F）で割った値、またはr = mv ^ 2 / Fに等しくなります。力は、方程式F = mv ^ 2 / rを単純に並べ替えることで計算できます。
ニュートンの第三法則は、「すべての行動に対して、平等で反対の反応がある」と述べています。重力によって地面に力がかかるのと同じように、地面は足に等しく反対の力を加えているように見えます。加速している車に乗っているとき、シートが後方に力を加えているように見えるのと同じように、シートは前方に力を加えます。
回転システムの場合、求心力は質量を内側に引っ張って湾曲した経路をたどりますが、質量は慣性により外側に押し出されているように見えます。ただし、これらの各ケースでは、加えられる実際の力は1つだけで、もう1つは見かけの力のみです。
動作中の求心力の例
求心力を利用する多くのアプリケーションがあります。 1つは、宇宙飛行士の訓練のために宇宙発射の加速をシミュレートすることです。ロケットは最初に発射されたとき、燃料と酸化剤が非常に多く含まれているため、ほとんど動くことができません。しかし、それが上昇すると、それは途方もない速度で燃料を燃やし、継続的に質量を失います。ニュートンの第2法則は、力は質量と加速度の積、またはF = maに等しいと述べています。
ほとんどの場合、質量は一定のままです。しかし、ロケットの場合、その質量は大きく変化しますが、力、この場合はロケットモーターの推力はほぼ一定です。これにより、ブーストフェーズの終わりに向かって加速が通常の重力の数倍に増加します。 NASAは大型遠心分離機を使用して、宇宙飛行士がこの極端な加速に備える準備をしています。このアプリケーションでは、求心力は、宇宙飛行士を内側に押す背もたれによって提供されます。
求心力の適用のもう1つの例は、液体に懸濁した粒子の沈殿を加速するために使用される実験用遠心分離機です。このテクノロジーの一般的な用途の1つは、分析用の血液サンプルを準備することです。ライス大学の実験的バイオサイエンスのウェブサイトによると、「血液のユニークな構造により、遠心分離によって血漿と他の形成された要素から赤血球を非常に簡単に分離できます。」
通常の重力のもとで、熱運動は連続的な混合を引き起こし、血球が全血サンプルから沈殿するのを防ぎます。ただし、一般的な遠心分離機は、通常の重力の600〜2,000倍の加速度を達成できます。これにより、重い赤血球が底に落ち着き、溶液のさまざまな成分が層状に層状に成ります。
この記事は、2019年5月10日にライブサイエンスコントリビューターのJennifer Lemanによって更新されました。
