Sự khác biệt giữa lực ly tâm và lực hướng tâm

Mục lục:

Sự khác biệt chính - Lực ly tâm so với Lực hướng tâm
Lực hướng tâm là gì
Lực ly tâm là gì
Sự khác biệt giữa lực ly tâm và lực hướng tâm

Sự khác biệt chính - Lực ly tâm so với Lực hướng tâm

Có các lực tác dụng lên một vật bất kỳ đang đi trên một đường tròn. Tùy thuộc vào loại hệ quy chiếu mà từ đó đối tượng được quan sát, các lực có thể xuất hiện tác dụng lên đối tượng một cách khác nhau. Các Sự khác biệt chính giữa lực ly tâm và lực hướng tâm là lực hướng tâm tác dụng lên vật hướng vào tâm của đường tròn.. Ngược lại, lực li tâm là lực biểu kiến tác dụng lên vật theo phương hướng ra xa tâm đường tròn. Một quan sát viên trong hệ quy chiếu quán tính không cảm nhận được lực ly tâm. Chỉ người quan sát trong hệ quy chiếu quay quay cùng với vật thể theo chuyển động tròn mới nhận thấy lực ly tâm.

Lực hướng tâm là gì

Một vật tăng tốc bất cứ khi nào vận tốc của nó thay đổi. Vì vận tốc là một đại lượng vectơ nên nó có thể được thay đổi bằng cách thay đổi kích thước (tốc độ) hoặc hướng chuyển động. Bất kỳ vật thể nào chuyển động theo đường tròn đều liên tục đổi hướng, có nghĩa là nó không ngừng tăng tốc. Theo định luật thứ hai của Newton, vì vật thể đang tăng tốc nên nó sẽ có một lực tác động lên nó. Bằng cách xem xét biểu diễn vectơ của vận tốc của một vật chuyển động trong một đường tròn, và sau đó áp dụng định luật II Newton cho gia tốc này, chúng ta nhận thấy rằng lực hướng tâm lên một vật chuyển động theo đường tròn luôn tác dụng vào tâm của đường tròn, và rằng lực hướng tâm này

có thể được đưa ra bởi:

ở đâu

là khối lượng và

là vận tốc của vật, và

là bán kính của đường tròn của đối tượng.

Lực ly tâm là gì

Hãy xem xét người đàn ông sắp thực hiện một "cú ném búa" được hiển thị bên dưới:

Người ném búa

Khi người ném búa quay chiếc búa, anh ta cũng quay cùng với chiếc búa. Nói cách khác, anh ta và chiếc búa nằm trong một hệ quy chiếu quay. Khi anh ta nhìn vào chiếc búa, anh ta thấy (đối với bản thân) rằng chiếc búa đang đứng yên. Anh ta cảm thấy căng ở tay cầm và vì vậy anh ta biết chiếc búa đang kéo tay cầm ra khỏi người anh ta. Với định luật thứ ba của Newton, ông kết luận rằng tay cầm phải kéo chiếc búa về phía mình.

Tuy nhiên, người ném búa cho rằng chiếc búa đang yên. Anh ta cũng biết rằng chiếc búa đang được kéo về phía anh ta, vì vậy theo định luật đầu tiên của Newton, anh ta kết luận rằng phải có một lực khác tác động lên chiếc búa, kéo nó trực tiếp ra khỏi anh ta. Lực này là ly tâm: từ “ly tâm” ở đây có nghĩa là lực cảm nhận này đang cố gắng kéo vật thể ra khỏi tâm đường tròn của vật thể (tất nhiên, người ném búa không biết rằng búa đang chuyển động theo đường tròn, nhưng nếu sau đó anh ta giải thích các lực mà anh ta nhận thấy cho một người khác đã quan sát người ném búa từ một hệ quy chiếu quán tính, người đó sẽ xác định rằng lực "ly tâm" hướng ra khỏi tâm của đường tròn).

Búa không đứng yên trong hệ quy chiếu quán tính. Người quan sát khi nhìn vào chiếc búa từ một hệ quy chiếu quán tính sẽ thấy chiếc búa chuyển động theo đường tròn và họ sẽ không tìm thấy lực ly tâm. Trên thực tế, nếu bạn xem búa từ một hệ quy chiếu quán tính, bạn sẽ xác định được hai lực tác dụng lên búa, lực căng dọc theo cán và trọng lượng của búa:

Lực tác động lên búa

Lực căng tác dụng dọc theo tay cầm của búa, kéo búa về phía vòng tròn trong khi trọng lực cố gắng kéo búa xuống. Lực hướng tâm là kết quả của lực hướng vào tâm. Ví dụ, nếu người ném búa đang quay chiếc búa theo hình tròn nằm ngang tại thời điểm đó, thì lực kết quả đối với tâm của vòng tròn sẽ là

Video dưới đây cũng thảo luận về sự khác biệt giữa lực "hướng tâm" và "ly tâm" đối với các vật thể chuyển động theo đường tròn:

Lực ly tâm thường được xem như một lực “hư cấu” vì nó không thể quan sát được từ hệ quy chiếu quán tính và cũng bởi vì không có “tương tác” thực sự nào mà người ta có thể chỉ ra, để giải thích nguồn gốc của nó. Tuy nhiên, đôi khi, sẽ rất hữu ích khi tưởng tượng lực ly tâm như thể chúng là thật, đặc biệt nếu bạn đang thiết kế những thứ sắp trở thành một phần của hệ thống quay!