
題名の通りですが、円運動において、いままで生きてきた経験的には物理の教科書を見て、遠心力が向心力の反対向きは一応わかります。水の入ったバケツを廻したときの経験などで。しかし理屈的になぜなのかと考えるとよくわからなくなりました。直線的に加速して動く例(加速する電車の中に糸でぶら下げた球に加わる力など)ならイメージできますが、円運動ではいまいちピンときません。以下、自分なりによく考えて出した結論ですが合ってますでしょうか?
vベクトルからv’ベクトルに速度が変化した時、Δvはv’ベクトル-vベクトルです(A)。向心力を求めるときはΔt秒間のとき向心力の加速度ベクトルはΔvベクトル÷Δtで求めます。この時、向心力の加速度ベクトルとΔvベクトルはΔtがゼロの近づくほど正確になり、円運動の中心に向かう方向です。
ここからが推測ですが、
vベクトルは向心力(m×aベクトル)によって速度を変えられてv’ベクトルになるが、本当はvベクトルは慣性の法則によりその等速直線運動を続けたいとしている。よってΔt秒間でv’ベクトルをvベクトルにしようとする-Δvベクトルが加わる。-Δvベクトルなのは上記のAと逆で、vベクトル-v’ベクトルだから向心力とは逆方向という意味です。というわけで遠心力の加速度は-Δvベクトル÷Δt=-aベクトル、遠心力は-m×aベクトルだから、「-」が付いている通り向心力とは真逆の方向。
遠心力の方向の考え方として合っているか、違ってたらどのように考えたらよいのでしょうか。物理の本質にくわしい方、どうかよろしくお願いします。
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