Lực [hay hợp lực của các lực] tác dụng vào một vật chuyển động tròn đều và gây ra cho vật gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm.
Công thức tính f hướng tâm
Fht = m.aht = m.v² / r = m.w².r
Trong đó:
- Fht – là lực hướng tâm [đơn vị N]
- m – là khối lượng của vật [đơn vị kg]
- aht – là gia tốc hướng tâm [đơn vị m/s²]
- v – là tốc độ dài của vật chuyển động tròn đều [đơn vị m/s]
- r – là bán kính quỹ đạo tròn [đơn vị m]
- w – là tốc độ góc của vật chuyển động tròn đều [rad/s]
Ví dụ về 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.
Đặt một vật trên bàn quay, lực ma sát nghĩ đóng vai trò lực hướng tâm giữ cho vật chuyển động tròn.
Đường ô tô và đường sắt ở những đoạn cong phải làm nghiên 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.
Dạng bài tập vận dụng các công thức của lực hướng tâm
Cách giải bài tập:
- Sử dụng công thức tính lực hướng tâm: Fht = m.aht = m.v² / r = m.w².r
- Công thức tính gia tốc: aht = v² / r = w².r
- Công thức tính tần số: f = 1 / T = w / 2.π
- Công thức tính chu kì: T = 1 / f = 2.π / w
- Để vật không bị trượt ra khỏi bàn: Fht Tốc độ góc của vật là w = 10 rad/s
Bài 2: Một vật có m = 100g chuyển động tròn đều trên đường tròn có r = 50cm, tốc độ dài 5m/s. Tính lực hướng tâm?
Hướng dẫn giải:
- Lực hướng tâm: Fht = m.v² / r = 5N
Bài 3: Một vật có m = 0,5kg chuyển động theo vòng tròn bán kính 1m dưới tác dụng lưch 8N. Tính vận tốc dài của vật?
Hướng dẫn giải:
- Fht = m.v² / r => v = √[r.Fht / m] = 4 m/s
Kiến thức tham khảo
Kiến thức liên quan: Vật rơi tự do từ độ cao H
Bài viết liên quan: Định luật bảo toàn khối lượng + năng lượng + cơ năng + động lượng
Bài viết liên quan: Kiến thức tổng hợp về Công và Công suất!
Bài viết liên quan: Định luật Newton
Bài viết liên quan: Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton
Bài viết tham khảo: Định luật Kirchhoff 1 + 2
Bài viết tham khảo: Định luật Ohm
Chuyên mục tham khảo: Vật lý học
Nếu các bạn có bất cứ thắc mắc vui lòng comment phía dưới hoặc Liên hệ chúng tôi!
Chúng tôi luôn sẵn sàng đem lại những giá trị tốt đẹp cho cộng đồng!
Youtobe Facebook Twitter
Tốc độ vũ trụ cấp 1 đối với trái đất v ≈ 7,9km/s = 28440km/h là huyển động theo quỹ đạo tròn gần bề mặt của trái đất, đây cũng là tốc độ tối thiểu để vệ tinh không bị rơi về trái đất. tốc độ vụ trụ cấp 2 [v2] là tốc độ tối thiểu để vật thể có thể thoát khỏi lực hấp dẫn của hành tinh đối với trái đất v2 = v1$\sqrt{2}$≈ 11,16 [km/s]
Ý tưởng về khẩu pháo của Newton năm 1687
Trong cuốn Philosophiae Naturalis Principia Mathematica [Các Nguyên lý Toán học của Triết lý về Tự nhiên] xuất bản năm 1687 cùng với lực hấp dẫn, Newton đã trình bày về một ý tưởng đặt một khẩu súng đại bác lên đỉnh của một ngọn núi rất cao, vượt ra ngoài tầng khí quyển của Trái Đất và nếu lực bắn từ súng đủ mạnh, thì nó có thể phóng viên đạn đại bác vào quỹ đạo vòng quanh Trái Đất, hoặc có thể thoát ra khỏi quĩ đạo của Trái Đất để có thể du hành trong vũ trụ.
Tính thực tiễn của ý tưởng trên và công thức tính tốc độ vũ trụ cấp 1 [chuyển động của các vệ tinh nhân tạo]
Khi vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất, lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên vệ tinh đóng vai trò lực hướng tâm vận dụng các biểu thức vật lí đã học ta có
Công thức tính tốc độ vũ trụ cấp 1
\[F_{hd}=F_{ht}=>v_{1}=\sqrt{\dfrac{GM}{R+h}}\]
Đối với các vệ tinh nhân tạo được phóng ở gần mặt đất [h Cơ năng nơi phóng = Cơ năng khi vật thoát khỏi lực hấp dẫn=0 =>
Công thức tốc độ vũ trụ cấp 2 [vật phóng từ mặt đất h = 0]
\[\dfrac{mv^{2}}{2}-\dfrac{GMm}{R}=0\] => \[v_{2}=\sqrt{\dfrac{2GM}{R}}=\sqrt{2}v_{1}\]
Các vật phóng từ mặt đất có tốc độ lớn hơn vật tốc vũ trụ cấp 2 và nhỏ hơn vật tốc vũ trụ cấp 3 sẽ chuyển động rời xa khỏi trái đất đi vào quỹ đạo của mặt trời. Muốn thoát khỏi hệ mặt trời thì vật phóng từ mặt đất phải đạt tốc độ vũ trụ cấp 3.
Tốc độ vũ trụ cấp 3 là giá trị tối thiểu để vật phóng từ Trái Đất thoát ra khỏi trường hấp dẫn của Mặt Trời. Nếu dùng cách tính như đã dùng để tính tốc độ vũ trụ cấp 2 thì tốc độ tối thiểu sẽ là 42,1 km/s. Tuy nhiên vì Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời với tốc độ dài khoảng 29,8 km/s, ta chỉ cần cung cấp một tốc độ có độ lớn 12,3 km/s có phương cùng với phương của véc tơ tốc độ dài của Trái Đất quanh quỹ đạo. Do đó tốc độ thực cần phóng để vật thoát khỏi trường hấp dẫn của Mặt Trời là: