Lực ly tâm là gì? Ứng dụng của lực quán tính ly tâm

Dựa vào nguyên lý lực ly tâm, giúp con người ứng dụng vào thực tế rất nhiều. Bạn đã biết lực ly tâm là gì ? Lực ly tâm hoạt động như thế nào hay chưa? Cùng System Fan tìm hiểu lực ly tâm trong bài viết này nhé.

Giới thiệu tổng quan về lực ly tâm

Khái niệm: 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. Nguồn: Wikipedia

Lực ly tâm là gì

Ngoài ra, lực ly tâm còn hiểu là phản lực của lực hướng tâm tác động vào vật đang chuyển động theo một đường cong, nhằm giữ cho vật nằm cân bằng trong hệ quy chiếu quay.

Trong cuộc sống hàng ngày, lực ly tâm được ứng dụng phổ biến, xuất hiện ở nhiều thiết bị mà bạn không chú ý đến. Ví dụ như: khi chúng ta ngồi trong chiếc xe ô tô, nó chuẩn bị đổi hướng. Hay chúng ta chơi các trò xe lao tốc độ cảm giác mạnh ở công viên.

Theo định luật 1 Newton, trong hệ quy chiếu, khi không có lực gì tác động vào vật thể, chúng giữ nguyên chuyển động thẳng đều. Tuy nhiên, chuyển động thẳng đều sẽ lệch với chuyển động quay của hệ quy chiếu quay.

Như ví dụ trên: người ngồi trong xe ô tô đang đổi hướng, nếu không có lực ma sát giữa người và ghế, người sẽ tiếp tục đi thẳng, ô tô và ghế đổi hướng. Như vậy người ngồi trên xe bị dịch chuyển và lệch khỏi ghế.

Lực ly tâm được ứng dụng để tạo một môi trường gia tốc phân loại các thành phần trong hỗn hợp vật chất. Ví dụ: ứng dụng vắt quần áo trong máy giặt, máy phân tích ly tâm, quạt ly tâm công nghiệp…

Công thức tính lực ly tâm

Lực ly tâm được xác định bởi công thức sau:

|Fc| = m |v|2 / |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 trên, ta thấy được lực ly tâm có thể được tăng lên bằng cách tăng tốc độ quay/ khối lượng của vật thể. Hoặc tăng lực ly tâm bằng việc giảm bán kính hay giảm khoảng cách của vật thể từ tâm của đường cong.

• Lực ly tâm tăng lên theo tỉ lệ thuận khi ta tăng khối lượng của vật thể
• Lực ly tâm tăng theo tỉ lệ nghịch khi ta giảm bán kính (khoảng cách của vật thể tới tâm đường cong)
• Lực ly tâm sẽ tăng lên theo tỉ lệ bình phương của tốc độ nếu như ta tăng tốc đọc quay.

Ví dụ: Tăng tốc độ quay lên 10 lần thì lực ly tâm tăng lên gấp 100 lần. Bằng công thức và nguyên lý này, người ta ứng dụng được lực ly tâm cho các thiết bị điện máy. Giúp tùy chỉnh thông số theo như mong muốn.

Công thức tính lực ly tâm

Ứng dụng của lực ly tâm

Lực ly tâm được ứng dụng như sau:

Hệ quy chiếu quay giúp tạo ra trường gia tốc nhân tạo với độ lớn điều khiến bằng với tốc độ quay và khoảng cách tới tâm quay. Trường gia tốc nhận tạo được ứng dụng trong các trạm vũ trụ giúp tạo môi trường nhân tạo, làm cho các phi hành gia có cảm giác được về trọng lượng, sẽ có cảm giác quen thuộc như hoạt động trên Trái Đất.

Lực ly tâm được ứng dụng trong các trò chơi đem lại cảm giác mạnh nhờ khả năng điều khiển cảm giác về trọng lượng biểu kiến của trường gia tốc ly tâm.

Nhờ trường gia tốc ly tâm, người ta có thể phân tích các vật chất thành nhiều phần bằng máy phân tích ly tâm.

Ứng dụng lực ly tâm cho bộ điều tốc ly tâm, bộ ly hợp tự động. Bộ ly hợp tự động thường thấy trong các phương tiện giao thông như xe máy, ô tô… Khi tốc độ quay của động cơ đạt đến một ngưỡng nhất định, lực ly tâm tác động lên quả nặng trong bộ ly hợp để ghép chặt các tiếp xúc từ đó bộ ly hợp chuyển sang trạng thái truyền lực giúp xe bắt đầu di chuyển. Và khi tốc độ quay của động cơ dưới ngưỡng thích hợp, lực ly tâm không đủ lớn, bộ ly hợp không được truyền lực và xe sẽ dừng lại dù cho động cơ vẫn đang hoạt động.

Lực ly tâm ứng dụng trong việc sản xuất các thiết bị máy móc khác như máy bơm nước ly tâm, quạt ly tâm công nghiệp…

Các vận động viên ném tạ dây, trước khi ném thường quay tròn để tạo ra lực hướng tâm và lực quán tính ly tâm lớn. Sau khi lực đủ lớn, vận động viên ném tạ buông tay để tạ có thể bay xa nhất có thể.

Lực ly tâm xuất hiện lúc nào?

Khi nào xuất hiện lực ly tâm?

Trong cuộc sống hàng ngày ta có thể bắt gặp lực ly tâm ở nhiều lúc. Chúng xuất hiện khi được gây ra bởi chuyển động của hệ quy chiếu. Ví dụ như trong hệ quy chiếu gắn người trên mặt đất, ta quan sát thấy ô tô đang chuyển động tròn đều trên vách tường mà không có dây treo. Vậy nếu xe dừng lại hoặc tốc độ chuyển động không đủ lớn thì xe ô tô sẽ bị rơi xuống ngay lập tức. Lực ly tâm đã giúp cho xe có thể chuyển động trên bức tường thẳng đứng đó.

Ví dụ tiếp theo, trong hệ quy chiếu gắn với người ngồi trên xe. Ta nhận thấy hệ quy chiếu có gia tốc hướng tâm, xuất hiện một lực quán tính bằng độ lớn lực hướng tâm nhưng ngược hướng thì đây là lực quán tính ly tâm. Lúc này lức quán tính ly tâm tạo ra áp lực giữ cho bánh xe tiếp xúc với mặt tường thẳng đứng. Nhờ vậy xe vẫn có thể chuyển động trên đó. Khi tốc độ xe không đủ lớn hoặc dừng lại khiến cho lực hướng tâm nhỏ, lực quán tính ly tâm cũng nhỏ và tạo ra áp lực nhỏ và lực hút của Trái Đất sẽ kéo xe xuống khiến nó bị rơi.

Sự khác nhau giữa lực ly tâm và lực hướng tâm

Sự phát sinh ra lực ly tâm và lực hướng tâm là do hệ quy chiếu khác nhau. Thực chất lực ly tâm và lực hướng tâm là hoàn toàn giống nhau, nhưng ngược chiều nhau. Do góc mà bạn nhìn để đo lường một thứ gì đó không giống nhau. Có nghĩa là, khi bạn nhìn một hệ quay từ bên ngoài thì bạn sẽ thấy một lực hướng tâm ở bên trong tác động vào vật để hạn chế nó quay theo một đường tròn. Nhưng nếu bạn ở trong hệ thống quay đó, sẽ thấy một lực ly tâm đẩy bạn ra khỏi tâm của vòng tròn đó.

Dưới đây là sự khác biệt cơ bản:

Trên đây, System Fan cung cấp một số thông tin về lực ly tâm, khái niệm lực ly tâm là gì. Hi vọng giúp cho các bạn có thêm thông tin hữu ích.