Lực hướng tâm là gì? Công thức tính lực hướng tâm và bài tập có đáp án

Lực hướng tâm là gì, chuyển động ly tâm là gì, nguồn gốc của lực hướng tâm. Công thức tính lực hướng tâm cùng với các bài tập vận dụng lực hướng tâm có đáp án.

Lực hướng tâm là một hiện tượng vật lý được ứng dụng và giải thích nhiều trong thực tế. Vậy lực hướng tâm là gì? Công thức tính lực hướng tâm như thế nào? Cùng theo dõi bài viết này để tìm hiểu thật nhiều kiến thức về lực hướng tâm 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. Bất kỳ lực nào (trọng lực, lực điện từ,...) hoặc sự kết hợp các lực với nhau đều có thể đóng vai trò 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 là 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.

3. Công thức tính lực hướng tâm

Công thức tính lực hướng tâm

4. Một vài ví dụ về lực hướng tâm

- Đặt một vật trên bàn quay, lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm giữ cho vật chuyển động tròn.

- 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.

Một vài ví dụ về lực hướng tâm

5. Chuyển động ly tâm

Chuyển động ly tâm là gì?

Trong chuyển động tròn của một vật, khi lực ma sát nghỉ cực đại không đủ lớn để đóng vai trò của lực hướng tâm, lúc này vật trượt trên mặt tiếp xúc rồi văng ra theo phương tiếp tuyến quỹ đạo. Chuyển động này gọi là chuyển động li tâm.

Ứng dụng chuyển động ly tâm

Máy vắt ly tâm (trong máy giặt): Khi cho máy quay nhanh, lực liên kết giữa nước và vải không đủ lớn để đóng vai trò là lực hướng tâm. Khi đó nước tách ra khỏi vải thành giọt và bắn ra ngoài theo lỗ lưới.

Ứng dụng chuyển động ly tâm là máy vắt ly tâm

Tác hại

Khi chạy xe qua những chỗ rẽ nếu chạy với tốc độ lớn thì lực ma sát nghỉ cực đại không đủ lớn để đóng vai trò lực hướng tâm giữ cho xe chuyển động tròn nên xe sẽ trượt ly tâm, dễ gây ra tai nạn giao thông.

6. Sự khác biệt giữa lực hướng tâm và ly tâm

Lực hướng tâm:

- Lực hướng tâm là một lực thực tế.

- Lực hướng tâm là nguyên nhân tạo ra chuyển động tròn của một vật.

- Hướng về tâm của đường tròn mà cơ thể chuyển động.

- Ví dụ: Có thể quan sát thấy một viên đá được buộc ở đầu dây và quay theo đường tròn. Lực căng của sợi dây là một ví dụ về lực hướng tâm.

Lực ly tâm:

- Lực ly tâm đẩy vật ra xa tâm. Đó là một lực không được xem là thực mà lực ly tâm là lực biểu kiến được tạo bởi một vật trong chuyển động tròn.

- Nó hướng ra ngoài tâm của đường tròn mà cơ thể chuyển động.

- Ví dụ: Có thể quan sát thấy nó trong những chiếc đu quay đang quay. Người cưỡi đu quay có cảm giác như đang rơi khỏi đó, đây là một ví dụ về lực ly tâm.

7. Tổng hợp các công thức để vận dụng vào bài tập lực hướng tâm

Dưới đây là một số công thức thường được áp dụng để giải các bài tập về lực hướng tâm:

Công thức tính lực hướng tâm

Công thức tính lực hướng tâm

Công thức tính gia tốc

Công thức tính gia tốc

Công thức tính tần số

Công thức tính tần số

Công thức tính chu kỳ

Công thức tính chu kỳ

Công thức tính tốc độ góc

Công thức tính tốc độ góc

8. Phương pháp giải một số dạng bài tập về lực hướng tâm

Dạng 1: Tính lực hướng tâm

Áp dụng các công thức được tổng hợp ở mục 7 để giải bài tập tính lực hướng tâm.

Dạng 2: Tính áp lực của vật tại điểm cao nhất của vòng cầu

Bước 1: Xác định vectơ lực hướng tâm.

+ Vẽ hình, tìm tất cả các lực tác dụng vào vật chuyển động tròn.

+ Tổng hợp các lực đó theo phương bán kính hướng vào tâm đó là lực hướng tâm.

Bước 2: Viết biểu thức tính độ lớn lực hướng tâm theo m và aht.

Bước 3: Đồng nhất biểu thức lực và biểu thức độ lớn tìm ẩn số.

Hình vẽ giúp tính áp lực của vật tại điểm cao nhất của vòng cầu

Lưu ý:

Đối với bài toán tính áp lực vật tại điểm cao nhất của vòng cầu thì:

+ Cầu vồng lên:

Áp lực của vật tại điểm cao nhất của vòng cầu lên

+ Cầu vồng xuống (cầu lõm):

Áp lực của vật tại điểm cao nhất của vòng cầu xuống

9. Bài tập vận dụng lực hướng tâm có đáp án

Bài tập 1: Một vật có khối lượng m = 200g chuyển động tròn đều trên đường tròn có bán kính r = 50cm. Lực hướng tâm tác dụng lên vật là 10N. Tính tốc độ góc của vật?

Lời giải:

Lời giải của bài tập 1

Bài tập 2: Một ô tô có khối lượng 1200kg chuyển động đều qua một đoạn cầu vượt (coi là cung tròn) với tốc độ 36 km/h. Hỏi áp lực của ô tô vào mặt đường tại điểm cao nhất bằng bao nhiêu? Biết bán kính cong của đoạn cầu vượt là 50 m. Lấy g = 10 m/s.

Lời giải:

Lời giải của bài tập 2

Bài tập 3: Một vật khối lượng 200g đặt trên mặt bàn quay và cách trục quay 40 cm. Khi bàn quay với tốc độ 72 vòng/phút thì vật vẫn nằm yên so với bàn. Tính độ lớn lực ma sát nghỉ của bàn tác dụng lên vật.

Lời giải:

Lời giải của bài tập 3

10. Một số lưu ý về về dạng bài lực hướng tâm

- Cần quy đổi các đại lượng vật lý như khối lượng, bán kính, tốc độ góc, chu kỳ,...trước khi áp dụng tính lực hướng tâm.

- Sử dụng máy tính cầm tay để đảm bảo kết quả được chính xác tuyệt đối.

- Nên vẽ hình để xác định tất cả các lực tác dụng vào vật rồi áp dụng công thức tính phù hợp.

Hy vọng bài viết này đem lại nhiều kiến thức bổ ích dành cho bạn. Cảm ơn bạn đã theo dõi và hẹn gặp lại ở các bài viết lần sau nhé!

Trungtambaohanh.com giảm 500.000đ cho những khách hàng sắm sửa các thiết bị công nghệ ngay hôm nay.