向心力

定義

向心力とは、円運動している物体において、円の中心に向かって働く力のことである。
この力によって、物体の進行方向が常に変化し、円運動が保たれる。

イメージ

ひもでつながれたおもりを回すとき、おもりは外に飛び出そうとするが、ひもが引き止めることで円を描いて運動する。
このとき、ひもが中心に向かって引く力が向心力である。

数式

向心力 \(F\) は、質量 \(m\)（kg）、速さ \(v\)（m/s）、半径 \(r\)（m）を用いて次のように表される。

\[F = \frac{mv^2}{r}\]

また、角速度 \(\omega\)（rad/s）を用いると、

\[F = m\omega^2 r\]

と表される。

ポイント

• 向心力は特別な力ではなく、張力や重力など既存の力の「中心向き成分」である
• 向心力がなくなると、物体は円運動をやめて接線方向に進む
• 速さが大きいほど、また半径が小さいほど向心力は大きくなる