Có thể nói lực hướng tâm là một trong những kiến thức vật lý cơ bản trong chương trình đào tạo. Tuy nhiên vẫn nhiều bạn vẫn chưa thực sự hiểu rõ “ Lực hướng tâm là gì?” Công thức áp dụng như thế nào? Vậy thì hãy theo dõi ngay bài viết dưới đây của Wikihay nhé.
Định nghĩa lực hướng tâm là gì?
Lực hướng tâm là một loại lực không quá mới lạ nhưng không phải ai cũng có thể hiểu được rõ bản chất. Nó là lực hoặc là hợp lực sẽ tác dụng vào những vật chuyển động tròn đều. Và gây ra cho vật gia tốc hướng tâm cho vật thì được gọi là vật hướng tâm.
Lực hướng tâm là gì?
Nguồn gốc và đặc điểm của lực hướng tâm
Nguồn gốc
Đối với một vệ tinh khi bay trong quỹ đạo quanh Trái Đất, lực hướng tâm do trọng trường tạo nên giữa vệ tinh và Trái Đất. Khi đó nó sẽ hướng về khối tâm của hai vật. Đối với các vật khi được gắn với đầu sợi dây đang quay theo trục đứng. Đây chính là thành phần nằm ngang của lực căng dây. Nhằm giúp cho hướng về tâm khối lượng giữa trục quay với vật quay. Ngoài ra đối với một vật đang xoay trục quanh chính nó, lực căng ở bên trong chính là lực giúp giữ cho vật là một khối.
Đặc điểm
Thực chất của lực hướng tâm thì ban đầu đây không phải là một loại lực mới. Nó chính là hợp lực của các lực tác dụng vào vật mà có tác dụng giữ cho vật chuyển động tròn đều. Đồng thời gây ra gia tốc hướng tâm cho vật đó. Nó còn có phương của bán kính quỹ đạo và nhiều hướng vào tâm quay, có điểm đặt tại vật.
Công thức áp dụng lực hướng tâm
Công thức của lực hướng tâm trong chuyển động tròn đều được áp dụng như sau:
Fht= =mw2r
Trong đó biểu thị cụ thể như sau:
- F ht: Lực hướng tâm (N)
- aht: Là gia tốc hướng tâm (m/s2)
- m: Là khối lượng của vật (kg)
- r: Là bán kính quỹ đạo tròn (m)
- v: Là tốc độ dài của vật chuyển động tròn đều (m/s)
- w: Là tốc độ góc của vật chuyển động tròn đều (rad/s)
Ví dụ về lực hướng tâm
Ví dụ cụ thể: Đó chính là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh nhân tạo đóng vai trò lực hướng tâm. Nó giữ cho vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất.
Hoặc đường ô tô và đường sắt ở những đoạn cong phải làm nghiêng về phía tâm cong để hợp lực giữa các trọng lực và phản lực. Của chính mặt đường tạo ra lực hướng tâm giữ cho xe chuyển động dễ dàng trên quỹ đạo.
Chuyển động ly tâm là gì?
- Trong hệ quy chiếu gắn với người ngồi trên xe chuyển động có thể thấy rằng đây là hệ quy chiếu có gia tốc hướng tâm. Chính vì vậy sẽ xuất hiện một lực quán tính có độ lớn bằng lực hướng tâm. Tuy nhiên sẽ ngược hướng, lực quán tính này sinh ra gia tốc – vectơ a hướng tâm. Nó làm cho vật chuyển động rời khỏi tâm quay nên được gọi là lực quán tính li tâm.
- Chuyển động ly tâm được hiểu là khi lực hướng tâm không đủ lớn để giữ cho vật chuyển động tròn đều trên quỹ đạo. Khi đó vật sẽ bị văng ra khỏi quỹ đạo chuyển động tròn.Khi đó chuyển động được gọi chuyển động ly tâm hay là rời tâm.
Ứng dụng của chuyển động li tâm
Trong thực tế ta có thể bắt gặp rất nhiều chuyển động li tâm. Ví dụ điển hình đó chính là máy vắt li tâm. Các máy giặt thường sử dụng chuyển động quay tròn của động cơ để từ đó tạo ra chuyển động tròn. Tạo ra lực quán tính li tâm đẩy các hạt nước trên quần áo ra lồng giặt. Hiểu được cơ chế hoạt động của chuyển động li tâm nên quần áo được vắt kiệt nước và khô hơn. Đây chính là nguyên lý chung của tất cả máy li tâm.
Một số ví dụ áp dụng
Bài 1: Một xe đạp đang chuyển động thẳng đều với vận tốc 36km/h. Biết rằng lốp bánh xe có bán kính là 40cm. Hãy tính tốc độ góc và gia tốc hướng tâm tại một điểm trên lốp bánh xe đạp.
Lời giải
Ta có vận tốc của xe đạp cũng là tốc độ dài một điểm trên lốp xe: v=10m/s.
Tốc độ góc là w= v/r= 25 (rad/s)
Gia tốc hướng tâm tại một điểm trên lốp bánh xe đạp là:
aht= v^2/r= 250 m/s^2
Bài 2: Buộc một vật có khối lượng m = 100g gắn vào đầu sợi dây có chiều dài 50m. Cầm đầu dây còn lại quay cho vật chuyển động tròn đều trong mặt phẳng phương nằm ngang theo vòng tròn. Bán kính vòng tròn đó 0,5m với vận tốc 2m/s. Hãy
- Xác định tốc độ góc và chu kỳ quay vật
- Tính sức căng của sợi dây
Lời giải
- Tốc độ góc w= v/r= 4 (rad/s)
Chu kỳ quay vật là: T= 2pi/w = 2pi/4 = 1,75 (s)
- Lực căng của dây là:
Có 2 lực tác dụng lên vật đó chính là: vecto P và vecto T
Theo phương của bán kính vào tâm chủ có thành phần lực của vecto T
=> T= maht=> |T| = m.v^2/R= 0,1.2^2/0,5 = 0,8 ( N)
Tổng kết
Tóm lại bài viết vừa trên Wikihay đã chia sẻ đến các bạn “ Lực hướng tâm là gì”. Ngoài ra các công thức và bài tập xoay quanh lực hướng tâm là li tâm. Hy vọng với những kiến thức được chia sẻ bạn có thể hiểu được bản chất của loại lực này. Áp dụng vào bài tập và thực tế một cách linh hoạt, chính xác. Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của chúng tôi. Đừng quên cập nhật và theo dõi các chủ đề thú vị và hấp dẫn khác nhé.
Để lại một bình luận