F = m v² / r
物体が半径 r の円周上を一定の速さ v で回るとき(等速円運動)、円の中心に向かって働く力が向心力です。
F = m v² / r 〔N(ニュートン)〕
ω = v / r 〔rad/s〕:1秒あたりに進む角度。T = 2πr / v 〔s〕:1周にかかる時間(円周 2πr を速さ v で割る)。a = v² / r = rω² 〔m/s²〕:向心力 F = m a に対応。f = 1 / T 〔Hz〕:1秒あたりの回転回数。単位はすべて SI 単位系(kg・m・s)です。例:m=2 kg, v=4 m/s, r=1 m → F = 2×4²/1 = 32 N、ω = 4 rad/s、T = 2π×1/4 ≈ 1.5708 s。各欄に値を入れると即時計算します。
物体が円運動するとき、中心へ向かって働く力が「向心力」です。質量・速さ・半径の3つを入れるだけで、必要な向心力(単位:N)がすぐに求まります。物理の宿題チェックやコーナリング・遠心分離の検討に役立ちます。
向心力は次の式で求めます。
F = m × v² ÷ r
速さ v が2乗で効くのがポイントです。速さが2倍になると向心力は4倍に、半径 r が大きいほど力は小さくなります。たとえば質量2kgの物体が、半径4mの円を速さ6m/sで回るとき、F = 2 × 6² ÷ 4 = 2 × 36 ÷ 4 = 18N となります。向心加速度だけを知りたい場合は a = v² ÷ r(この例では9m/s²)で求められます。
Q. 向心力と遠心力は違うものですか?
A. 向心力は中心へ向かう実際の力です。遠心力は回転する物体と一緒に動く視点(回転座標系)で感じる見かけの力で、大きさは向心力と同じですが向きは外向きです。地上の静止した視点で考えるときは向心力を使います。
Q. 角速度 ω しか分からないときは?
A. 速さは v = r × ω の関係で換算できます。これを代入すると F = m × r × ω² となり、角速度(rad/s)からも向心力を求められます。
Q. 単位を間違えるとどうなりますか?
A. この計算式は質量kg・速さm/s・半径mのSI単位を前提にしています。速さをkm/hのまま入れると結果が大きくずれるので、km/h ÷ 3.6 で m/s に直してから入力してください。