Cuộc sống ngày càng hiện đại và được nâng cấp khiến cho các sản phẩm ứng dụng công nghệ ly tâm để phục vụ con người ngày càng nhiều. Không chỉ tiện ích mà nó còn phổ biến, xuất hiện hầu hết trong các thiết bị mà bạn không thể ngờ tới. Nhắc đến thuật ngữ lực ly tâm có vẻ xa lạ nhưng thực chất nó lại nằm trong chính các vật dùng phục vụ đời sống hàng ngày của chúng ta. Vậy Lực ly tâm là gì? Những thông tin dưới đây sẽ cung cấp những điều bạn chưa biết về lực ly tâm để giúp bạn hiểu sâu sắc hơn về thuật ngữ này.
Lực ly tâm là gì?
Lực ly tâm chính là 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 hay chính là hệ quy chiếu quay.
Một khái niệm khác của lực ly tâm là “Lực ly tâm 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”.
Công thức tính lực ly tâm
Cách tính lực ly tâm được đưa ra dưới dạng tích âm của khối lượng (tính bằng kg) và vận tốc tiếp tuyến (tính bằng mét trên giây) bình phương, chia cho bán kính (tính bằng mét). Điều này ngụ ý rằng khi tăng gấp đôi vận tốc tiếp tuyến, lực hướng tâm sẽ tăng lên gấp bốn lần. Về mặt toán học, nó được viết là:
Fc = −mv²/r
Trong đó:
Fc là lực ly tâm
m là khối lượng của vật
v là vận tốc hay tốc độ của vật
r là bán kính
Lực ly tâm xuất hiện khi nào?
Để trả lời cho câu hỏi: Lực ly tâm xuất hiện khi nào? Chúng ta cần có ví dụ về lực ly tâm thực tế về nó. Thực chất, lực ly tâm là một lực quán tính gọi là lực quán tính ly tâm, nghĩa là nó được gây ra bởi chuyển động của chính hệ quy chiếu chứ không phải bởi bất kỳ ngoại lực nào. Cụ thể, trong hệ quy chiếu gắn với người trên mặt đất, ta quan sát thấy ô tô đang chuyển động tròn đều trên vách tường, không có dây treo hay dây nào giữ. Nếu xe dừng lại hoặc tốc độ chuyển động không đủ lớn 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, ta nhận thấy rằng đây là hệ quy chiếu có gia tốc hướng tâm nên xuất hiện một lực quán tính có độ lớn bằng lực hướng tâm nhưng ngược hướng, gọi là lực quán tính ly tâm. Như vậy, lực quán tính ly tâm tạo ra áp lực giữ cho các bánh xe tiếp xúc với mặt tường thẳng đứng, nhờ đó mà xe có thể chuyển động được trên đó. Trong trường hợp tốc độ của xe không đủ lớn dẫn đến lực hướng tâm nhỏ từ đó lực quán tính ly tâm nhỏ tạo ra áp lực không đủ lớn nên lực hút của trái đất sẽ kéo xe xuống khiến nó bị rơi.
Ứng dụng lực ly tâm vào cuộc sống
Hệ quy chiếu quay giúp tạo ra trường gia tốc nhân tạo với độ lớn điều khiển được bằng tốc độ quay và khoảng cách tới tâm quay. Trường gia tốc nhân tạo có thể được ứng dụng các trạm vũ trụ, như trạm vũ trụ quốc tế, tạo ra một môi trường giúp phi hành gia có cảm giác về trọng lượng biểu kiến, như môi trường sống quen thuộc trên Trái Đất.
Khả năng điều khiển cảm giác về trọng lượng biểu kiến của trường gia tốc ly tâm cũng được ứng dụng trong các trò chơi cảm giác mạnh như xe lao tốc độ.
Trong trường gia tốc, giúp phân tích các vật chất thành nhiều thành phần. Đây là ứng dụng trong máy phân tích ly tâm. Trường gia tốc ly tâm mạnh trong máy giặt giúp vắt khô quần áo khi trống vắt quay nhanh.
Một ứng dụng kinh điển của lực ty tâm trong cơ khí là bộ điều tốc ly tâm.
Lực ly tâm cũng được dùng trong bộ ly hợp tự động của một số xe máy hay ô tô. Khi tốc độ quay của động cơ đạt đến ngưỡng thích hợp, lực ly tâm lên các quả nặng trong bộ ly hợp sẽ đủ lớn đến khép chặt các tiếp xúc và chuyển bộ ly hợp sang trạng thái truyền lực khiến xe chuyển bánh. Khi tốc độ động cơ dưới ngưỡng, lực ly tâm không đủ lớn và bộ ly hợp ngắt lực truyền, giúp xe đứng tại chỗ nhưng động cơ vẫn nổ máy.
Xem thêm:
