Lực ly tâm là gì? Lực ly tâm và lực hướng tâm khác nhau như thế nào

Rất nhiều câu hỏi được đặt ra rằng “Có tồn tại lực ly tâm không?”. Trong thực tế, lực ly tâm được ứng dụng trong rất nhiều các thiết bị phục vụ trong đời sống hàng ngày. Trong bài viết này, cùng GODO đi tìm hiểu về lực ly tâm là gì?, sự khác biệt giữa lực ly tâm và lực hướng tâm cũng như ứng dụng của lực lực ly tâm.

Lực ly tâm là gì?

Lực ly tâm là lực hướng ra ngoài tác dụng bởi một vật chuyển động theo đường tròn hướng ra khỏi tâm quay. Phương của lực này hướng ra xa trục quay và song song với trục quay.Lực ly tâm có độ lớn và kích thước bằng một lực khác (hướng tâm) tác dụng vào tâm của một đường tròn.

Nó được gọi là một lực hư cấu vì nó chỉ phát huy tác dụng khi có lực hướng tâm. Lực này là kết quả của tính chất quán tính của vật chuyển động theo đường tròn.

Tuy nhiên, lực phụ thuộc vào khối lượng của vật thể, khoảng cách của vật thể từ tâm và tốc độ quay.

Lực ly tâm

Khái niệm lực ly tâm đã được sử dụng trong các thiết bị quay khác nhau như roto ly tâm, đường có rãnh và máy bơm ly tâm. Đơn vị của lực hướng tâm là newton.

Trong tiếng Anh lực ly tâm được sử dụng với thuật ngữ: “Centrifugal Force”. Và thường đi cùng với lực hướng tâm có thuật ngữ “Centripetal Force”.

Bản chất của lực ly tâm 

Theo Livescience, Lực hướng ra ngoài biểu kiến ​​này được mô tả bằng định luật chuyển động của Newton. Định luật đầu tiên của Newton phát biểu rằng “một vật thể ở trạng thái nghỉ sẽ vẫn ở trạng thái nghỉ, và một vật thể đang chuyển động sẽ vẫn chuyển động trừ khi nó bị ngoại lực tác động”. 

Nếu một vật thể khối lượng lớn đang chuyển động trong không gian theo một đường thẳng, quán tính của nó sẽ khiến nó tiếp tục theo một đường thẳng trừ khi một lực bên ngoài làm cho nó tăng tốc, giảm tốc độ hoặc đổi hướng. Để nó đi theo một đường tròn mà không thay đổi tốc độ thì phải tác dụng một lực hướng tâm liên tục vuông góc với đường đi của nó. Bán kính (r) của đường tròn này bằng khối lượng (m) nhân với bình phương vận tốc (v) chia cho lực hướng tâm (F), hay r = mv ^ 2 / F. Lực có thể được tính toán đơn giản bằng cách sắp xếp lại phương trình – F = mv ^ 2 / r.

Định luật thứ ba của Newton phát biểu rằng “đối với mọi hành động, đều có một phản ứng ngang bằng và ngược lại”. Giống như trọng lực khiến bạn tác động lên mặt đất, mặt đất dường như tác dụng một lực ngang bằng và ngược chiều lên bàn chân của bạn. Khi bạn đang lái xe ô tô đang tăng tốc, ghế sẽ tác động lên bạn một lực về phía trước cũng giống như bạn có vẻ tác dụng lực về phía sau lên ghế.

Trong trường hợp một hệ quay, lực hướng tâm kéo khối lượng vào trong theo một đường cong, trong khi khối lượng dường như đẩy ra ngoài do quán tính của nó. Tuy nhiên, trong mỗi trường hợp này, chỉ có một lực thực được tác dụng, còn lực kia chỉ là lực biểu kiến.

Lực ly tâm bản chất là một lực quán tính của lực hướng tâm.

Công thức tính

Lực ly tâm về cơ bản sử dụng công thức lực hướng tâm (mô tả một hiện tượng thực tế) và đảo ngược hướng của lực, để mô tả lực ly tâm hư cấu.

 F = -mv2/r

• F là lực ly tâm kéo vật ra khỏi tâm. 
• m là khối lượng của vật thể. 
• v là vận tốc đường thẳng của vật. 
• R là bán kính cong do lực hướng tâm gây ra. 

Lực ly tâm xuất hiện khi nào

Quan niệm về lực ly tâm đã phát triển từ thời của Huygens, Newton, Leibniz và Hooke, những người đã thể hiện quan niệm ban đầu về nó. Quan niệm hiện đại của nó như một lực hư cấu phát sinh trong một hệ quy chiếu quay đã phát triển vào thế kỷ mười tám và mười chín.

Lực ly tâm và lực hướng tâm

Lực ly tâm cũng đã đóng một vai trò trong các cuộc tranh luận trong cơ học cổ điển về việc phát hiện chuyển động tuyệt đối. Newton đề xuất hai lập luận để trả lời câu hỏi liệu có thể phát hiện ra chuyển động quay tuyệt đối hay không: đối số cái xô quay và đối số quả cầu quay. Theo Newton, trong mỗi tình huống, lực ly tâm sẽ được quan sát thấy trong khung cục bộ của vật thể (khung mà vật thể đứng yên) chỉ khi khung quay trong không gian tuyệt đối. Gần hai thế kỷ sau, nguyên lý Mach được đề xuất trong đó, thay vì quay tuyệt đối, chuyển động của các ngôi sao ở xa so với hệ quán tính cục bộ làm phát sinh một số định luật vật lý (giả thuyết) đối với lực ly tâm và các hiệu ứng quán tính khác. Quan điểm ngày nay dựa trên ý tưởng về một hệ quy chiếu quán tính, hệ quy chiếu này đặc quyền cho những người quan sát mà các định luật vật lý có dạng đơn giản nhất của chúng, và đặc biệt, các hệ quy chiếu không sử dụng lực ly tâm trong phương trình chuyển động của chúng để mô tả chuyển động một cách chính xác.

Sự tương tự giữa lực ly tâm (đôi khi được sử dụng để tạo ra lực hấp dẫn nhân tạo ) và lực hấp dẫn đã dẫn đến nguyên lý tương đương của thuyết tương đối rộng.

Xem thêm: So sánh Máy Bơm Màng Và Bơm Piston

Lực ly tâm và lực hướng tâm có điểm gì khác biệt

Lực hướng tâm và lực ly tâm là những lực mà vật thể quay. Lực hướng tâm giữ cho một vật chuyển động theo đường tròn và luôn hướng về tâm của đường tròn đó. Ví dụ, lực hấp dẫn của mặt trời là lực hướng tâm giữ cho Trái đất quay quanh nó. Trong khi đó, lực ly tâm là lực hướng ra ngoài tác dụng lên một vật đang chuyển động theo đường tròn. Một ví dụ về lực ly tâm là cảm giác bạn có khi đi đu quay khiến bạn muốn bay ra ngoài.

Bảng so sánh lực hướng tâm và lực ly tâm:

Cơ sở so sánh	Lực hướng tâm	Lực ly tâm
Định nghĩa	Lực hướng tâm là lực tác dụng lên vật chuyển động theo bán kính đường tròn và hướng vào tâm đường tròn.	Lực ly tâm là lực hư cấu hướng ra ngoài tác dụng bởi một vật chuyển động theo đường tròn hướng ra khỏi tâm quay.
Bản chất	Đó là một lực lượng thực sự và có tác dụng thực sự.	Được coi là một lực lượng hư cấu hoặc giả nhưng có tác dụng thực sự.
Hướng của lực	Hướng về tâm của vòng tròn quay.	Hướng ra xa tâm của vòng quay.
Vai trò	Chuyển động tròn đều không tồn tại nếu không có lực hướng tâm.	Lực ly tâm không tồn tại độc lập.
Nguồn gốc	Nguồn gốc của lực ly tâm là do lực tương tác giữa hai vật.	Nguồn gốc của lực ly tâm là do quán tính.
Công thức	F=mv2/r	F=-mv2/r
Hoạt động	Lực hướng tâm tác dụng trong cả khung quán tính và phi quán tính.	Lực ly tâm chỉ tác dụng trong khung quay (khung không quán tính).

Ứng dụng

• Máy ly tâm hoạt động dựa trên nguyên lý lực ly tâm. Lực ly tâm tạo ra do các roto tạo ra một áp suất thủy tĩnh trong các ống hướng vuông góc với trục quay. Trong máy phân tách hạt, lực tác động đẩy các hạt ít đặc hơn (nhẹ hơn) vào bên trong trong khi các hạt dày đặc hơn (nặng hơn) bị di chuyển ra ngoài. Nguyên tắc này cho phép phân tách các hạt trên cơ sở mật độ của chúng.
• Bộ điều tốc ly tâm là một hệ thống duy trì tốc độ không đổi trong động cơ bằng cách chuyển động hướng tâm nhiên liệu hoặc chất lỏng làm việc do lực ly tâm gây ra.
• Lực ly tâm được sử dụng để tạo ra lực hấp dẫn nhân tạo trong các trạm vũ trụ quay. Các trạm này giúp nghiên cứu tác động của lực hấp dẫn của các loài thực vật khác một cách mô phỏng.
• Lực ly tâm cũng được sử dụng trong máy giặt sấy trong đó quay của cánh quạt trong máy giặt tạo ra lực ly tâm làm cho quần áo di chuyển ra khỏi tâm. Điều này làm cho nước bị đẩy ra khỏi quần áo ướt thông qua các lỗ có trong khoang chứa.
• Lực ly tâm được sử dụng trong các trò chơi khác nhau trong các công viên giải trí, nơi lực đẩy người lái vào tường và cho phép hành khách được nâng lên trên sàn của máy.
• Ngoài ra, lực ly tâm còn được ứng dụng trong dòng máy bơm công nghiệp là bơm ly tâm. Một thiết bị được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống.

Ứng dụng lực ly tâm trong thực tế

Ví dụ về lực ly tâm

Lực ly tâm có thể được nhìn thấy trong nhiều ứng dụng khác nhau trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta; Một số ví dụ được đưa ra dưới đây:

• Lực tác dụng lên hành khách trong ô tô khi ô tô đang rẽ là một ví dụ về lực ly tâm.
• Khi hòn đá buộc vào sợi dây quay thành vòng tròn, lực tác dụng lên tay cũng là do lực ly tâm.
• Khi quay một xô chứa đầy nước theo hình tròn thì nước trong xô không bị đổ vì trọng lượng của xô đã cân bằng nhờ lực ly tâm tác dụng lên thành xô.
• Bùn bám trên bánh xe ô tô văng theo phương tiếp tuyến về phía tấm chắn bùn do tác dụng của lực ly tâm.

Hy vọng bài viết trên đây sẽ giúp bạn hiểu hơn về lực ly tâm và sự khác biệt giữa lực ly tâm và lực hướng tâm.

Nếu bạn có bổ sung hoặc phản hồi với bài viết, hãy để lại comment với GODO nhé.

GODO là đơn vị phân phối độc quyền máy bơm công nghiệp: bơm màng khí nén, bơm màng điện, bơm hóa chất, bơm thực phẩm, bơm sơn, bơm chuyển xăng dầu,… Thương hiệu GODO của tập đoàn Bianfeng Thượng Hải tại Việt Nam. Hãy liên hệ với GODO qua hotline 0969928169 để được tư vấn và báo giá máy bơm tốt nhất nhé.