【doc】离心机中的惯性离心力
分析
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离心机中的惯性离心力分析 ?
第1I卷第3期江苏农学院
1990年7月JOURNALOFJIANGSUAGRICUL11cQ..垦
VOI.1I.No.3
Ju1..1990
离心机中的惯性离心力分析
吴佩琴国
^们习惯1=以惯性参照幕分析力学问
题
快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题
.因而不能解释离心机中的流体离心现象.本文
讨论了离心机中流体的微粒在非惯性参照幕中所受到的惯性商力. 美键词:惯性系:非惯性幕:惯必离心力
离心机用于分离悬浮液中不『uj密度的傲粒.把待分离的试样.如血液,组织液等置于
离心管中,使离心管在水平面上绕轴旋转.试样中的微粒将在惯性离心力的作用下向管底
沉降.由于密度较大的徽牧受到的惯性离心力较大,因此经过一段时问之后,管中的傲粒
将按密度大小依次分离,密度较丈的位于管病,密度较小的靠近管端. 在没有离心机时,是用静置的方法,使得悬浮液中的微粒在重力作用下慢慢沉降.一
颗密度为p.体积为v的傲粒悬浮在密度为p的液体里.敬粒所受到的沉降力为: 厂譬(p—p,譬(,)
g为重力加速度.而在离心机中微粒受到的沉降力是静置时的几十万倍.这就不但太大加
快了分离的速度,而且可以分离出小到几个m#m的病毒分子.这种沉降力从何面来.
由于人在近乎惯性系的地球上.习惯于惯性系中的力学分析,因此对非惯性系及其惯
性力映乏认识,在一些教科书上也未能阐述清楚.结合实例,对非惯性系及其惯性力分析
如下:图为一旋转平台.平台绕OO轴以恒角速度?转动.在平台上沿径向开一光fI}的
槽.槽内有一个质量为的小球,它距轴线的照离为^由一根连在轴上的轻线拉着.现 分别以地面(惯性系)和平台面(j#惯性系)为参照系,描述物体的运动并分析其受力情况.
1
田地转平台
Fig.TheRotatinSPlate
着以离心管为参照系分析微粒在离心过程中所受到的力,此为非惯性系的力学问题.
离心管中装有密度为p的某种分离液.在离心管旋转咸水平的某一瞬时.管中整个液体
在水平方向受有两个力:一个是惯性离心力,方向指向管底;另一个是管底指向蕾?的压
力.由于这两个力的大小褶等,方向相反.敞液体榴对于分离管处于静止状态.如果管中
?扬州医学院.
收穰日期:1989"-06--06.
江苏农学院第1I卷
惯性系非惯性系
小球绕轴作圆周运动小球静止不动
小球受到来自细线的拧力小球受到来自细线的拉力大小为mr?.方向指向轴心;小球同时受
T=m聊蜘人小也普j'小,山].而方向却指向径向的惯性离心力
如果运动的某一瞬时细线断开后
小球受到掊壁的作用力
小球既随槽转动又沿槽向
外运动
小球受到惯性离心力栅?槽壁的作用力和科里奥利力._2面x (式中v,为小球相对于旋转平台的速度)3个力的作用.其中槽壁的作用 力和科里奥利力大小相等.方向相反.相互平衡.
小球将沿径向(离开轴心方向)飞去.故m7白'称为惯性离心力
悬浮一颗密度为P,体积为的某种微粒.当离心管在水平旋转的瞬时,该微粒在水平 方向也受到两个力:一个是惯性离心力PWv.o.方向指向管底:另一个是维持和微粒同体
积的液体所需的压力差.它在数值上等于.方向指向管口.一般所用分离液的粘 滞系数不大.微粒在沉降过程中所受到的内摩擦力就远小于所受到的惯性离心力.为此而
忽略了摩擦力.那么微粒所受到的沉降力亦即水平方向的合力为: Fffip,?-pr?=(p—P),?
选择适当密度的分离液,当P>p时.微粒向管底沉降,待铡样品取在离心管的下半部和
底部的相应位置上;当P<p时.微粒向管El上浮,待测微粒取白上清'部分. (2)式和(1)式比较Fr?
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离心机的转速很大,就使得r?'》g.如近代超速离心机的转速可以达到1000r/S.取r
;0.hn.则==兰垄【_兰?4×10,,即,簟4×lo',
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可见,离心分离时微粒所受的沉降力是静置时的4×10万倍.在医学研究和实验中.采
用高速离心机就能分离出小于几个毫微米的病毒和蛋白质分子. 参考文献
l华俊主编.医用物理学.第2版.l0
2RickwoodD.Ccntrifugztion(2ridEdition)1O94.IRLPressLT.
INESTIALCENTRIFUGALFoRCE
ANALYSISINCENTRIFUGE
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(YangzhouMedicalCol1.)
ABSTRACT
MechanicalproblemsareusuallyanalyzedwithincrtJarvferencesystem,sothc centrifugationphenomenoninnuidwaslenuncxplaincd.Thispaperdiscussesthein~rtla| centrifugalforceactingontheSUSpendin窘particlesinthefluidofacentrifuge.whichat@in aninincrtialrcfcrcnccsystem;andgivosancwcxplannationofthemechanicalprinciplesof ccntrifugation.
Keywords"inertiasystem;nonincxtialsystem;inertialcentrifugalforce ?
浙公网安备 33021202002483