Lực ly tâm là gì? Bạn có bao giờ tự hỏi tại sao khi bạn ngồi trên một xe lửa đang chạy trên một đường cong, bạn cảm thấy bị đẩy ra phía ngoài? Hoặc tại sao khi bạn quay một cái xô nước trên đầu, nước không rơi xuống? Đó đều là lực ly tâm. Qua bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về lực ly tâm.
1. Lực ly tâm là gì?
Lực ly tâm là một 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 mà trong trường hợp này là hệ quy chiếu quay.
Lực ly tâm có phải là một loại lực thật không?
“Lực ly tâm không phải là một loại lực thật, mà chỉ là một lực biểu kiến, tức là một lực chỉ có ý nghĩa trong hệ quy chiếu quay.
Trong hệ quy chiếu quán tính, không có lực nào tác dụng ra ngoài để đẩy vật đi theo phương xuyên tâm quay. Lực ly tâm chỉ là sự biểu hiện của quán tính của vật khi hệ quy chiếu thay đổi.”
2. Đặc trưng của lực ly tâm là gì?
Đặc trưng của lực ly tâm là:
- Là một lực quán tính xuất hiện trên mọi vật nằm yên trong hệ quy chiếu quay so với một hệ quy chiếu quán tính.
- 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.
- 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.
- Luôn ngược chiều với lực hướng tâm và có độ lớn bằng nhau.
- Có thể được tăng lên bằng cách tăng khối lượng hoặc tăng vận tốc góc của vật hoặc giảm bán kính của quỹ đạo.
- Không phải là một loại lực thật, mà chỉ là một lực biểu kiến, tức là một lực chỉ có ý nghĩa trong hệ quy chiếu quay.
3. Công thức tính lực ly tâm
Công thức tính lực ly tâm là:
Fc = – mv²/r
Trong đó:
- Fc là lực ly tâm (N)
- 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)
Nếu biết các thông số này, ta có thể tính được độ lớn của lực ly tâm.
Ngoài ra, ta cũng có thể sử dụng các thiết bị đo như cân ly tâm, đồng hồ ly tâm hay máy phân tích ly tâm để xác định lực ly tâm.
4. Lực ly tâm có ảnh hưởng gì đến chuyển động của vật?
Lực ly tâm có ảnh hưởng đến chuyển động của vật bằng cách làm cho vật thay đổi hướng chuyển động theo phương xuyên tâm quay.
Lực ly tâm là một lực quán tính, tức là một lực xuất hiện do sự khác biệt giữa hệ quy chiếu quán tính và hệ quy chiếu quay.
Lực ly tâm không làm thay đổi độ lớn của vận tốc của vật, mà chỉ làm thay đổi phương của vận tốc.
- Ví dụ 1: khi ngồi trong xe ô tô đang đổi hướng, ta cảm thấy bị đẩy ra ngoài theo phương xuyên tâm quay. Điều này là do lực ly tâm tác động vào ta, khiến ta muốn chuyển động thẳng đều theo hướng ban đầu, trong khi xe ô tô đã thay đổi hướng chuyển động. Lực ly tâm không làm ta chạy nhanh hay chậm hơn, mà chỉ làm ta lệch khỏi ghế xe.
- Ví dụ 2: Khi chơi trò đu quay dây văng, ta cảm thấy bị đẩy ra ngoài theo phương xuyên tâm quay. Điều này cũng là do lực ly tâm tác động vào ta, khiến ta muốn chuyển động thẳng đều theo hướng ban đầu, trong khi trung tâm quay đã thay đổi hướng chuyển động. Lực ly tâm không làm ta quay nhanh hay chậm hơn, mà chỉ làm ta xa rời trung tâm quay.
5. Ứng dụng của lực ly tâm trong thực tiễn
Lực ly tâm có nhiều ứng dụng trong đời sống và khoa học kỹ thuật. Một số ví dụ như sau:
Máy phân tích ly tâm
Là một thiết bị dùng để phân tách các thành phần trong hỗn hợp vật chất bằng cách tận dụng lực ly tâm. Máy phân tích ly tâm có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực như y học, sinh học, hóa học, công nghiệp…
Máy giặt
Là một thiết bị dùng để giặt và vắt quần áo bằng cách sử dụng lực ly tâm. Khi quần áo được quay nhanh trong máy giặt, lực ly tâm sẽ đẩy nước ra khỏi quần áo, giúp quần áo khô nhanh hơn.
Đu quay
Là một trò chơi cảm giác mạnh dùng để giải trí bằng cách sử dụng lực ly tâm. Khi người chơi được quay nhanh trên đu quay, lực ly tâm sẽ đẩy người chơi ra xa khỏi tâm quay, tạo ra cảm giác bay lượn và mạo hiểm.
Máy bay
Là một phương tiện giao thông bay bằng cách sử dụng lực ly tâm. Khi máy bay chuyển động trên không trung, cánh máy bay sẽ tạo ra một lực nâng lên trên và một lực kéo xuống dưới. Lực nâng phải lớn hơn lực kéo để máy bay có thể bay được.
Khi máy bay muốn đổi hướng, nó sẽ nghiêng cánh máy bay để tạo ra một lực hướng tâm và một lực ly tâm. Lực hướng tâm sẽ kéo máy bay vào phía trong của đường cong, còn lực ly tâm sẽ đẩy máy bay ra phía ngoài của đường cong. Sự kết hợp của hai lực này sẽ giúp máy bay thay đổi hướng chuyển động.
Đồng hồ
Là một thiết bị dùng để đo thời gian bằng cách sử dụng lực ly tâm. Một số loại đồng hồ có cơ chế hoạt động dựa trên dao động của con lắc hay dao động của bánh xe ly tâm.
Con lắc hay bánh xe ly tâm sẽ dao động với chu kỳ nhất định do ảnh hưởng của lực ly tâm và lực hướng tâm. Chu kỳ dao động này sẽ được sử dụng để tính toán thời gian trôi qua
>>> Xem thêm: Lực hướng tâm là gì? Công thức tính
