Công thức lực hướng tâm của con lắc

Câu trả lời chính xác nhất: Công thức lực hướng tâm của con lắc:

Với:

Fht: lực hướng tâm (N)

aht: gia tốc hướng tâm (m/s²), và aht= v²/r=w².r

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)

Cùng Toploigiai tìm hiểu về lực hướng tâm trong bài viết dưới đây để hiểu chi tiết hơn về câu hỏi trên nhé!

1. Lực hướng tâm là gì?

Lực hướng tâm là một loại lực cần để làm cho một vật đi theo một quỹ đạo cong. Isaac Newton đã mô tả lực này trong cuốn Principia của ông. Bất kỳ lực nào (trọng lực, lực điện từ, v.v.) hoặc sự kết hợp các lực với nhau đều có thể đóng vai trò là lực hướng tâm. Ta có thể thấy một ví dụ về chuyển động tròn đều trên hình bên phải.

>>>Tham khảo: Lực nào sau đây có thể là lực hướng tâm?

2. Nguồn gốc của lực hướng tâm.

Đối với một vệ tinh bay trong quỹ đạo quanh trái đất, lực hướng tâm do lực trọng trường tạo thành giữa vệ tinh và trái đất, và tác dụng lực hướng về khối tâm của hai vật. Đối với một vật được gắn vào đầu một sợi dây đang quay theo trục đứng, lực hướng tâm là thành phần nằm ngang của lực căng dây, tác dụng hướng về tâm khối lượng giữa trục quay và vật quay. Đối với một vật đang xoay quanh chính nó, lực căng bên trong là lực hướng tâm giữ cho vật là một khối.

>>>Tham khảo: Đặc điểm của lực hướng tâm

3. Công thức tính lực hướng tâm của con lắc?

Với:

Fht: lực hướng tâm (N)

aht: gia tốc hướng tâm (m/s²), và aht= v²/r=w².r

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)

4. Một số 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.

- Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh nhân tạo đóng vai trò lực hướng tâm, giữ cho vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất.

- Đường ô tô và đường sắt ở những đoạn cong phải làm nghiêng về phía tâm cong để hợp lực giữa trọng lực và phản lực của mặt đường tạo ra lực hướng tâm giữ cho xe, tàu chuyển động dễ dàng trên quỹ đạo.

5. Chuyển động li tâm:

- Đặt một vật lên chiếc bàn quay. Khi bàn chưa quay, vật đứng yên dưới tác dụng của hai lực cân bằng là trọng lực và phản lực của bàn. Cho bàn quay từ từ, vật quay theo. Lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm, giữ vật chuyển động tròn đều.

- Nếu tốc độ quay của bàn tăng đến một gia trị nào đó thì lực ma sát nghỉ cực đại nhỏ hơn lực hướng tâm cần thiết (Fht = mω2r) giữ cho vật chuyển động tròn. Khi ấy, vật trượt trên bàn và văng ra khỏi bàn theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo. Chuyển động như vậy của vật gọi là chuyển động li tâm.

- Ứng dụng của chuyển động li tâm:

+ Lồng vắt quần áo của máy giặt. Khi lồng của máy quay với tốc độ lớn, lực liên kết giữa nước và vải không đủ lớn để đóng vai trò lực hướng tâm. Nên khi đó nước tách ra khỏi vải bắn ra ngoài qua các lỗ lưới của lồng giặt.

+ Máy vắt li tâm

+ Máy gia tốc li tâm

5. 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.

 Khi tổ chức đua xe, 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.

-----------------------------

Trên đây là tìm hiểu của Toploigiai về câu hỏi Công thức lực hướng tâm của con lắc? Hi vọng cùng với bài mở rộng về lực hướng tâm này sẽ giúp các bạn có thể mở rộng kiến thức về câu hỏi hơn.