Lực hướng tâm là gì?
Lực hướng tâm là hợp lực hướng vào trong, cần thiết để giữ cho một vật chuyển động theo quỹ đạo tròn. Nếu không có lực này, vật sẽ bay theo đường thẳng đúng như định luật I Newton mô tả. Lực hướng tâm luôn hướng về tâm của đường tròn và phụ thuộc vào khối lượng của vật, tốc độ chuyển động cũng như bán kính của quỹ đạo cong. Đây là công cụ vật lý mang tính phổ quát — bạn có thể dùng với bất kỳ dữ liệu đầu vào nào theo hệ đơn vị SI.
Cách sử dụng máy tính
Nhập khối lượng của vật tính bằng kilôgam, vận tốc tiếp tuyến tính bằng mét trên giây và bán kính quỹ đạo tròn tính bằng mét. Máy tính sẽ trả về lực hướng tâm tính bằng newton (N) cùng với gia tốc hướng tâm tính bằng mét trên giây bình phương (m/s²).
Giải thích công thức
Lực hướng tâm được tính theo công thức $$F = \frac{\text{Mass (kg)} \cdot \text{Velocity (m/s)}^{2}}{\text{Radius (m)}}$$ trong đó m là khối lượng, v là tốc độ và r là bán kính. Vì vận tốc được bình phương nên khi tốc độ tăng gấp đôi, lực cần thiết sẽ tăng gấp bốn lần. Quỹ đạo càng cong gắt (bán kính r càng nhỏ) thì càng cần nhiều lực hơn. Gia tốc hướng tâm liên quan được tính bằng \(a = v^2/r\), do đó \(F = m \cdot a\), hoàn toàn phù hợp với định luật II Newton.
Ví dụ minh họa
Một quả bóng nặng 2 kg được quay tròn trên quỹ đạo bán kính 4 m với tốc độ 5 m/s. Khi đó $$F = \frac{2 \times 5^2}{4} = \frac{2 \times 25}{4} = \frac{50}{4} = 12{,}5 \text{ N}.$$ Gia tốc hướng tâm là $$a = \frac{25}{4} = 6{,}25 \text{ m/s}^2.$$
Câu hỏi thường gặp
Lực hướng tâm có phải là một loại lực mới không? Không. Đây chỉ là tên gọi cho bất kỳ lực thực nào (lực căng dây, trọng lực, lực ma sát, phản lực) tác dụng hướng vào trong để duy trì chuyển động tròn.
Lực hướng tâm và lực ly tâm khác nhau như thế nào? Lực hướng tâm là lực thực hướng vào trong. Còn "lực" ly tâm là một lực ảo hướng ra ngoài, chỉ cảm nhận được trong hệ quy chiếu quay.
Tôi nên dùng đơn vị nào? Hãy dùng kilôgam, mét trên giây và mét để có kết quả lực tính bằng newton (theo hệ đơn vị SI).
