관찰하는 기준을 먼저 정하기
회전하는 바닥 위에 놓인 물체를 바닥과 함께 도는 사람이 관찰한다고 하자. 바깥의 관찰자와는 속도와 가속도에 대한 기술이 달라진다. 회전 좌표계에서 운동 방정식을 쓰려면 좌표계의 회전에 따른 관성력을 포함해야 한다.
바깥쪽 힘이라는 설명
일정한 각속도로 도는 좌표계에서 원심력의 크기는 질량, 각속도 크기의 제곱과 회전축까지 거리의 곱으로 나타난다. 방향은 축에서 수직으로 멀어지는 쪽이다. 다른 물체와의 새로운 상호작용 때문에 생긴 힘은 아니다.
관성력이라고 해서 관찰되는 압력이나 변형이 없는 것은 아니다. 물체가 회전 장치에 눌리거나 접촉하는 현상은 실제 힘과 운동으로 설명할 수 있다. 어떤 좌표계를 선택하든 일관되게 계산하면 같은 관측 결과를 얻어야 한다.
구심력과 어떻게 다를까
관성계에서 원운동하는 물체에는 중심 방향의 합력이 필요하다. 회전계에서 그 물체가 정지해 보이는 경우에는 실제 힘과 원심력을 함께 넣어 평형을 표현할 수 있다. 회전계에서 실제 접촉력이나 중력이 사라지는 것은 아니다.
구심력과 원심력은 같은 물체의 운동을 설명하는 과정에서 등장하므로 서로 작용·반작용의 한 쌍이 아니다. 작용·반작용의 힘은 서로 다른 물체에 작용한다는 점을 구분해야 한다.
회전계의 다른 효과
회전계 안에서 물체가 움직이면 코리올리 힘도 고려해야 할 수 있다. 회전 속도가 바뀌는 경우에는 추가적인 관성력도 필요하다. 회전 좌표계의 모든 효과를 원심력 하나로 설명하려 하면 운동을 잘못 예측할 수 있다.