Lực ly tâm là gì, lực ly tâm và lực hướng tâm có điểm gì khác biệt, ứng dụng của lực ly tâm ra sao? Đó là một số vấn đề liên quan đến lực ly tâm mà nhiều bạn vẫn đang thắc mắc. Chính vì vậy, chúng tôi đã đi tìm hiểu chi tiết và tổng hợp lại trong nội dung bài viết dưới đây. Cùng theo dõi với chúng tôi nhé.
Lực ly tâm là gì?
Lực ly tâm là gì?
Lực ly tâm chính là lực quán tính xuất hiện trên mọi vật nằm yên trong hệ quy chiếu quay so với một hệ quy chiếu quán tính. Nó là hệ quả của trường gia tốc xuất hiện trong hệ quy chiếu phi quán tính hay chính là hệ quy chiếu quay.
Một khái niệm khác của lực ly tâm là “Lực ly tâm là phản lực của lực hướng tâm tác động vào vật đang chuyển động theo một đường cong với thành phần lực vuông góc với vận tốc và làm cho vận tốc đổi hướng nhằm giữ cho vật nằm cân bằng trong hệ quy chiếu quay”.
Bản chất của lực ly tâm
Theo định luật 1 Newton, “Một vật thể ở trạng thái nghỉ sẽ vẫn ở trạng thái nghỉ, và một vật thể đang chuyển động sẽ vẫn chuyển động trừ khi nó bị tác động bởi một ngoại lực” tức là trong hệ quy chiếu quán tính, các vật thể sẽ chuyển động thẳng đều khi không có lực gì tác động vào khiến nó tăng/giảm tốc hoặc đổi hướng.
Để nó đi theo một đường tròn mà tốc độ không thay đổi thì ta phải tác dụng một lực hướng tâm liên tục với phương vuông góc với đường đi của nó. Bán kính (r) của đường tròn được xác định bằng tích khối lượng (m) với bình phương vận tốc (v) chia cho lực hướng tâm (F). Cụ thể là:
r = mv²/F
Theo định luật 3 Newton, “Khi một vật tác dụng lực lên vật thể thứ hai thì vật thứ hai sẽ tác dụng lại vât thứ nhất một lực cùng độ lớn và ngược chiều”. Trong hệ quy chiếu quay, lực hướng tâm sẽ kéo khối lượng của vật vào trong theo một đường cong, trong khi theo quán tính thì khối lượng này dường như sẽ bị đẩy ra ngoài. Tuy nhiên, ở trường hợp này chỉ có một lực thực sự được tác dụng, còn lực kia chỉ là lực biểu kiến, không tồn tại.
Vậy bản chất của lực ly tâm chính là lực quán tính của lực hướng tâm.
Lực ly tâm là lực quán tính hướng tâm
Công thức tính lực ly tâm
Lực ly tâm được xác định là tích âm của khối lượng với bình phương vận tốc tiếp tuyến, chia cho bán kính. Cụ thể là
Fc = −mv²/r
Trong đó:
- Fc là lực ly tâm
- m là khối lượng của vật (kg)
- v là vận tốc hay tốc độ của vật (m/s)
- r là bán kính, tức khoảng cách của vật thể từ tâm của đường cong (m)
Từ công thức ta có thể thấy rằng, lực ly tâm có thể được tăng lên bằng cách tăng tốc độ quay/khối lượng của vật thể hoặc giảm bán kính, tức là giảm khoảng cách của vật thể từ tâm của đường cong.
– Tăng khối lượng: Làm lực ly tâm tăng lên theo tỷ lệ thuận.
– Giảm bán kính: Lực ly tâm tăng theo tỷ lệ nghịch
– Tăng tốc độ quay: Lực ly tâm sẽ tăng lên theo tỷ lệ bình phương của tốc độ, tức là nếu tăng tốc độ lên 10 lần thi lực ly tâm sẽ tăng lên 100 lần.
Lực ly tâm và lực hướng tâm có điểm gì khác biệt
Theo Andrew A. Ganse – nhà vật lý nghiên cứu tại Đại học Washington “Sự khác biệt giữa lực hướng tâm và lực ly tâm là do hệ quy chiếu khác nhau, tức là góc nhìn mà bạn dùng để đo lường một thứ gì đó không giống nhau”. “Thực chất, lực hướng tâm và lực ly tâm hoàn toàn giống nhau, chúng chỉ ngược chiều nhau vì được nhìn từ các hệ quy chiếu khác nhau”.
Tức là, nếu bạn nhìn một hệ quay từ bên ngoài, bạn sẽ thấy một lực hướng tâm ở bên trong tác động vào vật để hạn chế nó quay theo một đường tròn. Nhưng nếu bạn ở trong hệ thống quay, bạn sẽ thấy có một lực ly tâm đẩy bạn ra khỏi tâm của vòng tròn đó, dù thực sự điều mà bạn cảm thấy được là lực hướng tâm bên trong đang ngăn bạn đi.
Vậy sự khác biệt giữa lực hướng tâm và lực ly tâm chính là:
Lực ly tâm
Lực hướng tâm
Nếu một vật chuyển động tròn mà chịu tác dụng của một lực hướng ra thì đó chính là lực ly tâm
Nếu một vật chuyển động với vận tốc đều theo đường tròn thì đó là lực hướng tâm
Vật có hướng dọc theo tâm đường tròn từ tâm đến gần vật
Vật có hướng dọc theo tâm đường tròn tính từ vật tiến sát tâm.
Ứng dụng của lực ly tâm
– Hệ quy chiếu quay giúp tạo ra trường gia tốc nhân tạo với độ lớn điều khiển được bằng tốc độ quay và khoảng cách tới tâm quay. Trường gia tốc nhân tạo có thể được ứng dụng các trạm vũ trụ, như trạm vũ trụ quốc tế, tạo ra một môi trường giúp phi hành gia có cảm giác về trọng lượng biểu kiến, như môi trường sống quen thuộc trên Trái Đất.
– Khả năng điều khiển cảm giác về trọng lượng biểu kiến của trường gia tốc ly tâm được ứng dụng trong các trò chơi cảm giác mạnh.
– Trong trường gia tốc, lực ly tâm giúp phân tích các vật chất thành nhiều thành phần. Đó là ứng dụng của máy phân tích ly tâm.
Máy ly tâm phòng thí nghiệm
– Lực ly tâm ứng dụng trọng bộ điều tốc ly tâm.
– Lực ly tâm cũng được ứng dụng trong bộ ly hợp tự động của một số loại phương tiện giao thông (oto, xe máy).
+ Khi tốc độ quay của động cơ đạt đến một ngưỡng nhất định, lực ly tâm lên các quả nặng trong bộ ly hợp sẽ đủ lớn để khép chặt các tiếp xúc và chuyển bộ ly hợp sang trạng thái truyền lực -> xe di chuyển.
Bộ ly hợp tự động của xe máy
+ Khi tốc độ quay của động cơ dưới ngưỡng thích hợp, lực ly tâm không đủ lớn, bộ ly hợp không được truyền lực -> xe dừng lại dù động cơ vẫn nổ máy.
– Trong công nghiệp chế tạo, máy bơm ly tâm sử dụng lực ly tâm.
Máy bơm ly tâm sử dụng lực ly tâm
Vậy là LabVIETCHEM đã giúp các bạn tìm hiểu chi tiết hơn về lực ly tâm là gì cũng như bản chất và ứng dụng của lực ly tâm. Hy vọng rằng đây sẽ là những kiến thức bổ ích dành cho bạn đọc. Ngoài ra, nếu bạn nào quan tâm đến sản phẩm máy ly tâm, vui lòng truy cập website labvietchem.com.vn để biết thêm thống tin chi tiết nhé.
Tham khảo thêm:
- Phân biệt đường tròn và hình tròn? Cách tính đường kính hình tròn
- Công thức tính diện tích hình tam giác và một số bài tập ứng dụng có lời giải
