什么是离心力和相对离心力?

离心力(Centrifugal force)尽管常被人们提及,实际上并不是一种真实存在的力,而是惯性的一种外在表现。

当物体进行圆周运动时,它受到一个指向圆心的力,我们称之为“向心力”。这种向心力确保了物体能够沿着圆周路径运动。然而,如果我们以这个正在做圆周运动的物体为原点来建立坐标系,那么会给人一种错觉,仿佛存在一种与向心力大小相等但方向相反的力,推动物体向远离圆心的方向运动,这就是所谓的“离心力”

离心力的计算公式如下:

而相对离心力(Relative centrifugal force,RCF) 是一种真实的物理效应,它描述的是物体在沿直线运动时,受到四周环境重力的影响,从而使物体偏离其原本的运行轨迹。这种效应是由物体和四周环境的重力耦合所产生的,即如果没有重力,就不会产生相对离心力。

从对RCF的定义可以看到,相对离心力是指在离心力场的作用下,颗粒所受离心力相当于地球重力(g)的倍数,因此其单位是 “x g”。

相对离心力的大小取决于样品所处的位置至轴心的水平距离(即旋转半径R)和转速n,因此

相对离心力计算公式为:

那么RCF对于离心实验有什么指导意义呢?

我们可以通过调整离心机的转速,或者选择不同离心半径的转子,来控制样本最终所受RCF的大小,从而满足不同实验的需求。

如下图所示,使用同一个转子时(离心半径固定不变),当施加不同离心转速(rpm),样本所受的RCF值是不一样的;同样的,当rpm一定时,样本粒子所受的RCF又根据其所处位置的不同而有差异。

因此,我们分别用RCFmin,RCFavg,RCFmax来对标粒子在最小半径,中间半径和最大半径处所受的RCF大小。

当离心时,除了要考虑离心转速是否达标,还要考虑你所离心的样本在离心力场作用下所受到的RCF是否足以将其充分沉降下来。通常来讲,在文献中提到的RCF均是RCFmax,当然,为保证离心的充分性,也有人选择RCFavg来设置离心参数。

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