NộI Dung
- TL; DR (Quá dài; Không đọc)
- Lực hướng tâm là gì?
- Công thức cho lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm
- Lời khuyên
- Tìm lực hướng tâm với thông tin không đầy đủ
Bất kỳ đối tượng nào di chuyển trong một vòng tròn đều tăng tốc, ngay cả khi tốc độ của nó vẫn như cũ. Điều này có vẻ trái ngược vì làm thế nào bạn có thể tăng tốc mà không thay đổi tốc độ? Trên thực tế, vì gia tốc là tốc độ thay đổi vận tốc và vận tốc bao gồm tốc độ và hướng chuyển động, nên nó không thể có chuyển động tròn mà không tăng tốc. Theo định luật thứ hai của Newton, bất kỳ gia tốc nào (một) được liên kết với một lực (ĐỤ) bởi ĐỤ = mavà trong trường hợp chuyển động tròn, lực trong câu hỏi được gọi là lực hướng tâm. Làm việc này là một quá trình đơn giản, nhưng bạn có thể phải suy nghĩ về tình huống theo những cách khác nhau tùy thuộc vào thông tin bạn có.
TL; DR (Quá dài; Không đọc)
Tìm lực hướng tâm bằng công thức:
ĐỤ = mv2 / r
Đây, ĐỤ tham chiếu lực lượng, m là khối lượng của vật thể, v là tốc độ tiếp tuyến của vật thể, và r là bán kính của đường tròn mà nó di chuyển. Nếu bạn biết nguồn của lực hướng tâm (chẳng hạn như trọng lực), bạn có thể tìm thấy lực hướng tâm sử dụng phương trình của lực đó.
Lực hướng tâm là gì?
Lực hướng tâm không phải là một lực giống như lực hấp dẫn hoặc lực ma sát. Lực hướng tâm tồn tại do gia tốc hướng tâm tồn tại, nhưng nguyên nhân vật lý của lực này có thể thay đổi tùy thuộc vào tình huống cụ thể.
Hãy xem xét chuyển động Trái đất xung quanh mặt trời. Mặc dù tốc độ của quỹ đạo của nó là không đổi, nó thay đổi hướng liên tục và do đó có gia tốc hướng về phía mặt trời. Gia tốc này phải được gây ra bởi một lực, theo định luật chuyển động thứ nhất và thứ hai của Newton. Trong trường hợp quỹ đạo Trái đất, lực gây ra gia tốc là trọng lực.
Tuy nhiên, nếu bạn vung một quả bóng trên một chuỗi trong một vòng tròn với tốc độ không đổi, lực gây ra gia tốc sẽ khác. Trong trường hợp này, lực là từ lực căng trong chuỗi. Một ví dụ khác là một chiếc xe duy trì tốc độ không đổi nhưng quay theo vòng tròn. Trong trường hợp này, ma sát giữa các bánh xe của xe và đường là nguồn lực.
Nói cách khác, lực hướng tâm tồn tại, nhưng nguyên nhân vật lý của chúng phụ thuộc vào tình huống.
Công thức cho lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm
Gia tốc hướng tâm là tên của gia tốc trực tiếp về phía tâm của vòng tròn theo chuyển động tròn. Điều này được định nghĩa bởi:
một = v2 / r
Ở đâu v là tốc độ của vật trong đường tiếp tuyến với đường tròn và r là bán kính của vòng tròn mà nó đang di chuyển. Hãy nghĩ về những gì sẽ xảy ra nếu bạn đang vung một quả bóng được nối với một chuỗi trong một vòng tròn, nhưng chuỗi bị đứt. Quả bóng sẽ bay theo một đường thẳng từ vị trí của nó trên vòng tròn tại thời điểm dây bị đứt, và điều này cho bạn ý tưởng gì v có nghĩa là trong phương trình trên.
Bởi vì định luật thứ hai Newton Newton nói rằng lực = khối lượng × gia tốc và chúng ta có một phương trình gia tốc ở trên, nên lực hướng tâm phải là:
ĐỤ = mv2 / r
Trong phương trình này, m đề cập đến đại chúng.
Vì vậy, để tìm lực hướng tâm, bạn cần biết khối lượng của vật thể, bán kính của vòng tròn mà nó đi theo và tốc độ tiếp tuyến của nó. Sử dụng phương trình trên để tìm lực dựa trên các yếu tố này. Bình phương tốc độ, nhân nó với khối lượng và sau đó chia kết quả cho bán kính của vòng tròn.
Lời khuyên
Tìm lực hướng tâm với thông tin không đầy đủ
Nếu bạn không có tất cả thông tin bạn cần cho phương trình trên, có vẻ như việc tìm lực hướng tâm là không thể. Tuy nhiên, nếu bạn nghĩ về tình huống này, bạn thường có thể tìm ra lực có thể là gì.
Ví dụ, nếu bạn đang cố gắng tìm lực hướng tâm tác dụng lên một hành tinh quay quanh một ngôi sao hoặc mặt trăng quay quanh một hành tinh, bạn sẽ biết rằng lực hướng tâm xuất phát từ trọng lực. Điều này có nghĩa là bạn có thể tìm thấy lực hướng tâm mà không cần vận tốc tiếp tuyến bằng cách sử dụng phương trình thông thường cho lực hấp dẫn:
ĐỤ = Gm1m2 / r2
Ở đâu m1 và m2 là quần chúng, G là hằng số hấp dẫn, và r là sự tách biệt giữa hai quần chúng.
Để tính toán lực hướng tâm không có bán kính, bạn cần thêm thông tin (chu vi của vòng tròn liên quan đến bán kính bằng C = 2π_r, ví dụ) hoặc giá trị cho gia tốc hướng tâm. Nếu bạn biết gia tốc hướng tâm, bạn có thể tính trực tiếp lực hướng tâm bằng cách sử dụng định luật thứ hai của Newton, _F = ma.