Lý thuyết về Lực hướng tâm vật lí 10 chủ đề chuyển động tròn và sự biến dạng
Lực hướng tâm là gi?
Lực hướng tâm là lực hoặc hợp lực gây ra gia tốc hướng tâm cho những vật chuyển động tròn đều. Độ lớn của lực hướng tâm được xác định bằng biểu thức:
$F_{ht}=m.a_{ht}=\dfrac{mv^{2}}{r}=m\omega^2.r$
Trong đó:
- $F_{ht}$: lực hướng tâm (N)
- $a_{ht}$: gia tốc hướng tâm (m/s2)
- m: khối lượng của vật
- r: bán kính quỹ đạo tròn (m)
- ω: tốc độ góc của chuyển động tròn (rad/s)
- v: tốc độ dài của chuyển động tròn (m/s)
Các ví dụ về lực hướng tâm:
Chuyển động li tâm, Lực quán tính li tâm:
Trong hệ quy chiếu gắn với người đứng trên mặt đất ta qua sát thấy ô tô đang chuyển động tròn đều trên vách tường, không hề có dây treo hay dây nào giữ, nếu xe dừng lại hoặc tốc độ chuyển động không đủ lớn nó sẽ bị rơi xuống đất ngay lập tức, vậy lực nào giữ cho xe có thể chuyển động trên bức tường gần như thẳng đứng.
Trong hệ quy chiếu gắn với người ngồi trên xe chuyển động, ta nhận thấy rằng đây là hệ quy chiếu có gia tốc hướng tâm nên sẽ xuất hiện một lực quán tính có độ lớn bằng lực hướng tâm nhưng ngược hướng, lực quá tính này sinh ra gia tốc \[-\vec{a_{ht}}\] làm cho vật chuyển động rời khỏi tâm quay nên được gọi là lực quán tính li tâm.
Lực quán tính li tâm tạo ra áp lực giữ cho các bánh xe của ô tô tiếp xúc với mặt tường thẳng đứng nhờ đó mà xe có thể chuyển động được trên vách tường thẳng đứng, trong trường hợp tốc độ của xe không đủ lớn dẫn đến lực hướng tâm nhỏ => lực quán tính li tâm nhỏ tạo ra áp lực không đủ lớn nên lực hút của trái đất sẽ kéo xe xuống khiến nó bị rơi xuống.
Ứng dụng của lực hướng tâm và lực quán tính li tâm.
Giải thích một số hiện tượng trong thực tế:
Các vệ tinh nhân tạo, mặt trăng có thể chuyển động tròn đều (gần tròn) quanh trái đất là nhờ lực hướng tâm (lực hấp dẫn) tuy nhiên mặt trăng và các vệ tinh nhân tạo không rơi vào trái đất là nhờ tốc độ chuyển động đủ lớn tạo ra lực quán tính li tâm cân bằng với lực hút của trái đất.
Các hành tinh chuyển động với quỹ đạo gần tròn quanh mặt trời là nhờ lực hấp dẫn của mặt trời đối với các hành tinh đóng vai trò lực hướng tâm, đồng thời chuyển động của các hành tinh quanh mặt trời cũng tạo ra lực quán tính li tâm nhờ đó mà các hành tinh không bị hút về phía mặt trời.
Các máy giặt hiện đại thường sử dụng chuyển động quay tròn của động cơ để tạo ra chuyển động tròn của lồng giặt, khi quần áo được giặt xong chuyển động tròn tạo ra lực quán tính li tâm đẩy văng các hạt nước dính trên quần áo ra khỏi lồng giặt thông qua các lỗ nhỏ nhờ đó mà quần áo được vắt khô hơn so với giặt tay. Đây cũng là nguyên lí chung của các loại máy li tâm
Video thể thao mạo hiểm vận dụng lý thuyết về lực quán tính li tâm
Trong video mạo hiểm trên, chiếc xe chuyển động tròn quanh một đường có sẵn với vận tốc đủ lớn sẽ sinh ra lực li tâm đủ lớn giúp xe có thể chuyển động hoàn thàn 1 vòng theo đường tròn cho trước, nếu vận tốc không đủ lớn lúc đó lực hướng tâm và trọng lực sẽ làm cho xe rơi xuống khi lên đến vị trí cao nhất của vòng tròn đua.
Đây là một video mạo hiểm phải có sự tính toán chính xác của các chuyên gia và tay đua phải có kinh nghiệm nếu không sẽ xảy ra tai nạn nguy hiểm đến tính mạng, nên nếu bạn không nắm rõ nguyên lý của chuyển động ly tâm đừng bắt chước theo.
hay quá