Hiện nay trong cuộc sống, sản xuất công nghiệp các sản phẩm ứng dụng lực ly tâm ngày càng nhiều và phổ biến hơn. Thế nhưng, không phải ai cũng hiểu rõ lực ly tâm là gì ? Tính chất, công thức của chúng như thế nào? Cùng theo dõi ngay bài viết dưới đây của GTECO để có được câu trả lời chính xác nhất nhé!
Mục Lục
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 được xem là hệ quả của trường gia tốc, xuất hiện trong hệ quy chiếu phi quán tính mà trong trường hợp này là hệ quy chiếu quay.
Bên cạnh đó, cũng có thể hiểu lực ly tâm là phản lực của lực hướng tâm tác động vào vật đang chuyển động theo một đường cong. Thành phần lực vuông góc với vận tốc và làm đổi hướng vận tốc mục đích là để giữ cho vật nằm cân bằng trong hệ quy chiếu quay.
Lực ly tâm có thể được cảm nhận khi chúng ta ngồi trong xe ô tô đang đổi hướng, hay chơi trò cảm giác mạnh như xe lao tốc độ ở công viên.
Tính chất của lực ly tâm là gì ?
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”. Nghĩa là trong hệ quy chiếu quán tính, khi không có lực gì tác động vào các vật thể khiến chúng tăng/giảm tốc độ hoặc đổi hướng thì chúng giữ chuyển động thẳng đều, theo định luật 1. Tuy nhiên chuyển động thẳng đều này lệch với chuyển động quay của hệ quy chiếu quay.
Để vật thể đi theo một đường tròn mà tốc độ không thay đổi thì cần phải tác dụng một lực hướng tâm liên tục với phương vuông góc với đường đi của chúng. 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 vật thứ nhất một lực cùng độ lớn và ngược chiều”. Tiếp tục 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.
Công thức của 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 công thức tính lực ly tâm 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 tính lực ly tâm trên có thể thấy rằng, lực ly tâm 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. Cụ thể:
- 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.
So sánh lực ly tâm và lực hướng tâm
Theo Andrew A.Ganse – nhà vật lý nghiên cứu tại Đại học Washington thì: “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” hay “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”.
Hiểu đơn giản thì nếu chúng ta nhìn một hệ quay từ bên ngoài thì sẽ thấy một lực hướng tâm ở bên trong tác động vào vật để hạn chế nó quay theo một đường tròn. Nhưng nếu chúng ta ở trong hệ thống quay thì ta sẽ thấy có một lực ly tâm đẩy ta ra khỏi tâm của vòng tròn đó. Dù thực sự điều mà chúng ta cảm thấy được là lực hướng tâm bên trong đang ngăn ta đi.
Do đó sự khác nhau giữa lực hướng tâm và lực ly tâm chính là:
| STT | Lực hướng tâm | Lực ly tâm |
| 1 | Nếu một vật chuyển động với vận tốc đều theo đường tròn thì đó là 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 |
| 2 | Vật có hướng dọc theo tâm đường tròn tính từ vật tiến sát tâm. | Vật có hướng dọc theo tâm đường tròn từ tâm đến gần vật |
Ứng dụng của lực ly tâm là gì ?
Hiện nay, lực ly tâm được ứng dụng vô cùng phổ biến và rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, ngành nghề như:
- Hệ quy chiếu quay thì giúp tạo ra trường tốc độ nhân tạo với độ lớn điều khiển được bằng tốc độ quay và khoảng cách tới tâm quay. Trường tốc độ nhân tạo này được ứng dụng cho các trạm vũ trụ như: trạm vũ trụ quốc tế để tạo ra một môi trường giúp phi hành gia có cảm giác về trọng lượng biểu kiến tương tự 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 cũng được ứng dụng trong các trò chơi cảm giác mạnh.
- Trong trường gia tốc thì lực ly tâm giúp phân tích các vật chất thành nhiều thành phần. Đó là ứng dụng của máy phân tích ly tâm.
- Lực ly tâm cũng được 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 như: ôtô, 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 để xe di chuyển.
- Khi tốc độ quay của động cơ dưới ngưỡng thích hợp, lực ly tâm không đủ lớn, bộ ly hợp không được truyền lực thì sẽ khiến xe dừng lại dù động cơ vẫn nổ máy.
- Lực ly tâm được ứng dụng trong công nghiệp chế tạo máy bơm ly tâm.
Đọc thêm: Quạt Ly Tâm
Trên đây chính là những thông tin giải đáp lực ly tâm là gì ? Công thức và tính chất cũng như ứng dụng của lực ly tâm mà chúng tôi muốn chia sẻ đến bạn. Hy vọng đây sẽ là kiến thức hữu ích và thiết thực cho bạn nhé!