Chương II: Lực hướng tâm, lực quán tính li tâm, chuyển động li tâm
Chương II: Tìm hiểu về động cơ phản lực, chuyển động bằng phản lực (Đọc thêm)
Lực hướng tâm là tên gọi chung của 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:
Fht=m.aht==mω2r
Chương II: Lực hướng tâm, lực quán tính li tâm, chuyển động li tâm
1/ Các ví dụ về lực hướng tâm:
Trong hệ qui chiếu gắn với trái đất được coi là đứng yên, lực hấp dẫn giữ cho vệ tinh không bị văng ra khỏi quỹ đạo chuyển động tròn quanh trái đất => lực hấp dẫn đóng vai trò lực hướng tâm.
Một vật được gắn chặt vào đầu một sợi dây sau đó quay nhanh đều sợi dây. Ta thấy vật chuyển động tròn quanh quỹ đạo, nếu buông tay vật sẽ bị văng ra khỏi quỹ đạo tròn => chứng tỏ lực căng của sợi dây đã giữ cho vật chuyển động tròn đều => lực căng đóng vai trò lực hướng tâm.
Đặt một vật lên bàn và bắt đầu quay tròn đều, với vận tốc quay vừa đủ vật vẫn nằm im trên bàn nhờ lực ma sát nghỉ => lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm.
2/ Lực quán tính li tâm:
Trong hệ qui 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 qui chiếu gắn với người ngồi trên xe chuyển động, ta nhận thấy rằng đây là hệ qui 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 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.
3/ 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.
Vào các khúc cua tròn trên đường, người ta thường làm mặt đường dốc nghiêng ra ngoài để tránh trường hợp các vào cua với tốc độ lớn lực quán tính li tâm sẽ làm xe bị trượt ra khỏi đường.
Các vận động viên ném tạ dây trước khi ném thường quay tròn để tạo ra hướng tâm và lực quán tính li tâm lớn sau đó buông tay để ta có thể bay xa hơn.
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.
Lực li tâm không đủ lớn do vận tốc của xe khi chuyển động tròn không đủ lớn => xe không thể đi hết vòng tròn và rơi xuống
